廣播級(jí)攝像機(jī)灰度還原一致性調(diào)整探討

朱立 江蘇省廣播電視總臺(tái)

1.調(diào)整概述言

伴隨當(dāng)前電視節(jié)目制作的大型化以及觀眾對(duì)節(jié)目更高的審美需求，多機(jī)位拍攝已經(jīng)成為目前主流大型綜藝、體育賽事等節(jié)目的趨勢(shì)，而多機(jī)位拍攝帶來(lái)的一大問(wèn)題就是所有攝像機(jī)畫(huà)面還原是否能夠一致。在大型節(jié)目制作經(jīng)常出現(xiàn)的情況是兩臺(tái)不同攝像機(jī)拍攝同一場(chǎng)景時(shí)，畫(huà)面的色彩、飽和度、對(duì)比度等主觀視覺(jué)效果不一致，即使是在使用基礎(chǔ)上對(duì) RGB 增益、黑電平、伽馬等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整仍然不盡人意。如果在拍攝開(kāi)始之前，就對(duì)所有攝像機(jī)的一致性進(jìn)行校正，借助客觀儀器的測(cè)試和調(diào)整，往往能在主觀上達(dá)到很好的效果。

由于攝像機(jī)的鏡頭、分光系統(tǒng)等特性并不是理想的，所以經(jīng)過(guò)CCD之后的電信號(hào)不僅很弱，而且有很多缺陷，并且經(jīng)過(guò)放大電路之后，缺陷會(huì)更為明顯。因此攝像機(jī)視頻信號(hào)處理放大器中的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)對(duì)最終的成像質(zhì)量影響很大，從而對(duì)攝像機(jī)的客觀指標(biāo)的調(diào)整顯得更為重要。

根據(jù)當(dāng)前節(jié)目制作的習(xí)慣，調(diào)整所有攝像機(jī)一致性首先應(yīng)以某一臺(tái)攝像機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其它攝像機(jī)作為目標(biāo)機(jī)，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行調(diào)整之后再以其為參考調(diào)整其余的目標(biāo)機(jī)。

2.標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)的測(cè)試和調(diào)整

攝像機(jī)調(diào)整所用的測(cè)試卡采用測(cè)試專用灰度卡，如圖1所示。

2.1 測(cè)試環(huán)境

（1）測(cè)試環(huán)境應(yīng)盡量避免反射光和雜散光影響。

（2）兩個(gè)測(cè)試燈具應(yīng)相對(duì)測(cè)試卡對(duì)稱，光軸與測(cè)試卡法線的角度約45°。

（3）測(cè)試燈具光軸高度與攝像機(jī)鏡頭光軸高度應(yīng)一致。

圖 1 灰度卡

圖 2 測(cè)試場(chǎng)景

（4）測(cè)試卡的中心法線與鏡頭的光軸應(yīng)重合。

（5）反射式測(cè)試卡上的照度應(yīng)為 2000±20lx ，色溫應(yīng)為 3100±100K 。

（6）攝像機(jī)拍攝測(cè)試卡時(shí)取標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)面尺寸，應(yīng)將四個(gè)邊上的定位三角對(duì)準(zhǔn)監(jiān)視器的畫(huà)面邊界。

（7）采用標(biāo)準(zhǔn)鏡頭測(cè)試，攝像機(jī)距離測(cè)試卡 3±0.5 米。

測(cè)試場(chǎng)景如圖 2 所示。

2.2 調(diào)整步驟

（1）調(diào)整前需要將攝像機(jī)的部分功能關(guān)閉：

Knee OFF（自動(dòng)拐點(diǎn)關(guān)閉）：如果拐點(diǎn)打開(kāi)拍攝灰度卡，超過(guò)拐點(diǎn)電平的部分將被壓縮，這將很難比對(duì)高亮部分伽馬的準(zhǔn)確位置。

White Clip OFF（白切割關(guān)閉）：在用灰度卡做基準(zhǔn)調(diào)整時(shí)，必須設(shè)定 100% 白信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)。如果白切割功能設(shè)定值低于100%時(shí)，需要重置此數(shù)值或者設(shè)定值改為高于100%(松下 HC-2500 的工廠初始化設(shè)定是 109%，一般設(shè)置為 110%-115%）。

DTL OFF（細(xì)節(jié)關(guān)閉）：如果細(xì)節(jié)功能打開(kāi)，噪波會(huì)增加，不利于在示波器上的確認(rèn)。

在關(guān)閉上述功能之后，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行三次 ABBAWB 的調(diào)整以獲得較好的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。

（2）黑電平的建立

在增益調(diào)節(jié)電路之前，必須使黑色電平和消隱電平一致為0，從而保證改變?cè)鲆鏁r(shí)黑色電平不變。由于攝像機(jī)輸出端的消隱電平不一定與前面各級(jí)電路的消隱電平相同，所以黑電平的提升是有必要的。通常情況下，當(dāng)消隱電平為0時(shí)，黑色電平為 14-35mv （白色電平的2%-5%）。 黑電平的建立是所有調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，在攝像機(jī)調(diào)整之前都需要首先確立黑電平的位置。

調(diào)整黑電平的方法為關(guān)閉光圈，通過(guò)示波器檢查電平的位置，RGB 三路黑電平應(yīng)當(dāng)為設(shè)定值（白色電平的2%-5%），如果某一路黑電平波形顯示偏離，則需要對(duì)相應(yīng)的黑電平進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得正確的黑電平值。黑電平波形如圖3所示。

圖 3 黑電平波形

如果校正時(shí)發(fā)現(xiàn)波形傾斜或者噪點(diǎn)比較多，則需要進(jìn)行黑斑校正。以松下 HC-2500 攝像機(jī)為例，在攝像機(jī)頭進(jìn)入 DESIGN MENU ，執(zhí)行一次自動(dòng)黑斑校正。黑斑不良的狀況如圖4所示。

校正完畢通過(guò)示波器的矢量圖進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)正確的信號(hào)應(yīng)該是矢量圖中心位置的一個(gè)點(diǎn)，確認(rèn)完畢后再對(duì)攝像機(jī)執(zhí)行2-3次 ABB 操作以獲得較為準(zhǔn)確的ABB數(shù)據(jù)。黑電平矢量圖如圖5所示。

圖 4 黑斑不良

圖5 黑平衡正確的矢量波形

（3）確認(rèn) γ 校正

γ 校正意義主要在于修正攝像 - 顯像系統(tǒng)的非線性，如果γ校正出現(xiàn)一定的偏差則不能正確還原被攝景物的亮度信息，并且伽馬校正可以降低視頻信號(hào)噪聲，提高低電平有效分辨率。校正方法：在完成黑電平建立和黑斑校正后，打開(kāi)光圈，攝像機(jī)拍攝灰度卡，提升光圈至白電平位置在 100% 即 700mv 處。此時(shí)再進(jìn)行 2-3 次的 ABB、AWB 操作以獲得較為準(zhǔn)確的白平衡和黑平衡數(shù)據(jù)，觀察示波器的 RGB 三路波形，如圖6所示。

首先調(diào)整主伽馬（ Master gamma ），使 G 路交叉點(diǎn)在白電平的58%位置。調(diào)整完畢后觀察R、B兩路的伽馬位置，如果該兩路的交叉點(diǎn)位置與G路不一致，則分別調(diào)整該兩路的伽馬值使其與G路伽馬一致。調(diào)整完畢后再進(jìn)行2-3次 ABB、AWB， 獲得較為準(zhǔn)確的白平衡和黑平衡數(shù)據(jù)。伽馬位置確認(rèn)如圖7所示。

圖 6 白電平 100% 位置

圖 7 伽馬位置確認(rèn)

（4）雜散光（ Flare ）校正

入射光通過(guò)鏡頭時(shí)會(huì)在各透鏡中產(chǎn)生一定的反射量，該部分反射在各鏡片之間反復(fù)反射和投射，以及 CCD 的晶體結(jié)構(gòu)和各半導(dǎo)體之間產(chǎn)生的少量反射光會(huì)形成雜散光。雜散光提高了白色周?chē)碾娖剑沟脠D像黑白對(duì)比度下降，圖像上來(lái)看會(huì)顯得蒙上了一層霧。所以雜散光的校正對(duì)提高圖像質(zhì)量有極大的幫助。

校正方法：在白電平 100% 位置時(shí)，通過(guò)示波器觀察 Flare 的位置，首先調(diào)整 G 路的 Flare，以松下 HC-2500 高清攝像機(jī)為例，F(xiàn)lare位置應(yīng)當(dāng)在白電平的12%位置， G 路調(diào)整完畢后再調(diào)節(jié)R路和B路的 Flare 位置。調(diào)整完畢后再進(jìn)行 2-3 次 ABB、AWB ，獲得較為準(zhǔn)確的白平衡和黑平衡數(shù)據(jù)。雜散光位置確認(rèn)如圖8所示。

（5）白切割（ White Clip ）和拐點(diǎn)（ Knee ）位置的確認(rèn)

為了提高攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，在電平為 100%-115% 部分采取了白壓縮的方式，由此在攝像機(jī)的入射光超過(guò) 200% 之后，輸出信號(hào)的電平才達(dá)到白切割電平，從而擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍。但是在拍攝高對(duì)比度的圖像時(shí)， 200% 的動(dòng)態(tài)范圍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，此時(shí)可以通過(guò)降低拐點(diǎn)電平的方式提高攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，一般情況下拐點(diǎn)降低到白色電平的 85% 位置時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍可以高達(dá) 600% 。由于拐點(diǎn)以上的灰度層次不夠鮮明，所以在入射光不強(qiáng)的情況下應(yīng)當(dāng)提高拐點(diǎn)以擴(kuò)大亮度傳輸特性的線性范圍。拐點(diǎn)的值可以根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行設(shè)置。

由此可見(jiàn)，白切割電平?jīng)Q定了重現(xiàn)圖像的最大亮度，高于白電平部分的圖像為沒(méi)有亮度層次的一片白色。拐點(diǎn)位置決定了圖像的動(dòng)態(tài)范圍。

圖 8 雜散光位置確認(rèn)

圖 9 拐點(diǎn)位置確認(rèn)

圖11 白切割電平位置確認(rèn)

確認(rèn)方法：根據(jù)節(jié)目制作習(xí)慣，設(shè)置拐點(diǎn)值，以常態(tài)在演播室使用的攝像機(jī)來(lái)看，適合設(shè)置更高的拐點(diǎn)值，一般設(shè)置為 95% 。在攝像機(jī)操作面板將拐點(diǎn)設(shè)置為 95% ，通過(guò)示波器觀察 95% 以上的波形是否發(fā)生變化。拐點(diǎn)位置如圖9所示。

確認(rèn)完畢拐點(diǎn)后需要對(duì)拐點(diǎn)以上的傳輸特性斜率進(jìn)行檢查， RGB 三路的斜率是否一致。通過(guò)增加兩檔光圈或者 +6dB 增益觀察 RGB 三路斜率，如果不一致則要進(jìn)入攝像機(jī)的 Slope 菜單進(jìn)行調(diào)整。斜率位置確認(rèn)如圖10所示。

繼續(xù)增大光圈，檢查白切割電平位置是否與設(shè)定值一致，一般將白切割電平設(shè)定在白電平的 110%-115% 位置。白切割位置確認(rèn)如圖11所示。

上述所有步驟調(diào)整完畢后，變化光圈確認(rèn) RGB 三路各點(diǎn)位置變化是否一致，至此，標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)的調(diào)整完畢。

3.目標(biāo)攝像機(jī)的調(diào)整

首先將目標(biāo)攝像機(jī)的信號(hào)輸出接到示波器的第二路輸入上，通過(guò)示波器可以對(duì)比兩路攝像機(jī)的波形。目標(biāo)攝像機(jī)的調(diào)整和標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)調(diào)整步驟一致。

（1）1Knee OFF（自動(dòng)拐點(diǎn)關(guān)閉）、White Clip OFF（白切割關(guān)閉）、DTL OFF（細(xì)節(jié)關(guān)閉）；

（2）黑電平建立和黑斑校正，調(diào)整方法和標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)相同；

（3）確認(rèn) γ 校正，可以通過(guò)示波器觀察目標(biāo)攝像機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)的主伽馬（ Master gamma ）的位置，確認(rèn)完畢后觀察目標(biāo)攝像機(jī)的R路伽馬和B路伽馬是否和主伽馬一致；

（4）雜散光（ Flare ）位置，首先通過(guò)示波器觀察目標(biāo)攝像機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)的主雜散光（ Master Flare ）的位置，確認(rèn)完畢后觀察目標(biāo)攝像機(jī)的R路雜散光和B路雜散光是否和主雜散光位置一致；

（5）目標(biāo)攝像機(jī)的白切割（ White Clip ）和拐點(diǎn)（ Kne-e ）位置，確認(rèn)和標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)一致，設(shè)置和確認(rèn)完畢后同樣需要檢查 RGB 三路的斜率。

上述所有步驟調(diào)整完畢后，變化光圈確認(rèn) RGB 三路各點(diǎn)位置變化是否一致。至此，一臺(tái)目標(biāo)攝像機(jī)調(diào)整完畢。按照此步驟調(diào)整剩余的目標(biāo)攝像機(jī)。

4.注意事項(xiàng)

在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中，每個(gè)步驟結(jié)束后都建議進(jìn)行 2-3 次 ABB、AWB， 以獲得更為準(zhǔn)確的黑、白平衡數(shù)據(jù)。

調(diào)整完畢后需要注意的是，在正常拍攝中，畫(huà)面發(fā)生變化時(shí)，盡量不去調(diào)整黑電平的值，如果畫(huà)面需要改變主觀對(duì)比度，建議進(jìn)入攝像機(jī)的 Black Gamma 菜單進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)橹苯诱{(diào)整黑電平會(huì)對(duì)整體的黑平衡產(chǎn)生破壞。

通常很多攝像機(jī)帶有自動(dòng)拐點(diǎn)或者自動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整功能，但是在諸如演播室工作的情況下，入射光不會(huì)發(fā)生劇烈變化，可以關(guān)閉自動(dòng)拐點(diǎn)或者自動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整功能，手動(dòng)設(shè)置一個(gè)比較適合當(dāng)前固定場(chǎng)景的拐點(diǎn)值。