摄像机亮色参数的解读与应用

任鹏

摘 要：本文将摄像机亮度参数的理论与操作两个层面相互结合，分析了专业摄像机的亮色参数，介绍了摄像机的亮度工作范围和色温调整范围，并在介绍这两个范围的基础上，用较为详细的数据描述了摄像机操作过程中应当防范的事项以及需要注意的问题。

关键词：标称灵敏度；亮度工作范围；照明色温；白平衡调整

1 摄像机的亮度工作范围

摄像机的照度工作范围由摄像机灵敏度、光孔大小和主增益控制的分贝值等参数共同决定。

1） 摄像机的灵敏度。灵敏度是摄像机重要的性能指标，通常用标称灵敏度来表示。标称灵敏度的定义是：增益为0dB时，在标准照明条件下（色温3200°K，照度2000Lux），拍摄89.9%反射率的物体，输出白电平达到700mv时的光圈值。显然在同等条件下，光孔开口越小的摄像机其灵敏度越高。虽然标称灵敏度（标准光圈值）规定了每台摄像机工作的照度标准，但在实际应用中通过开大或关小光圈，提升或降低主增益分贝值等操作，摄像机就可以在十分宽泛的照度环境下进行拍摄。

2） 摄像机照度工作范围的确定。其原理是以标称灵敏度的光圈值为基准，由最小光圈值并加上ND灰镜的最大衰减量算出亮度工作范围的上限（最大工作照度值）；然后再依据最大光圈值并加上主增益的最大提升量确定拍摄时亮度工作范围的下限（最小工作照度值）。

现以标称灵敏度为f11，最大最小光圈分别为f1.4和f16，最大增益为+18dB并带有1/4ND灰度镜的摄像机为例进行计算和说明。

首先以标称灵敏度光圈值为基准，即将f11与图1中亮度轴上的2K（2000Lux）处对齐，此时最小光圈f16则对应于其右侧的4K（4000Lux）处，再加上使用1/4ND灰镜（相当于衰减2级光圈），此时对应的最大照度值为16K（16000Lux）。这就是该摄像机亮度工作范围的上限。同理在相反方向的亮度轴的左端，与最大光圈f1.4对应的照度值为32Lux（此时主增益为0dB）。如果再加上使用最大提升增益+18dB（相当于开大3级光圈），则应再向左移动3级照度，至此对应的照度值应为4Lux，这就是该台摄像机亮度工作范围的下限，即同时使用最大光孔和最大增益时拍摄的最低照度值。

由此我们得到该摄像机的亮度工作范围是4Lux 至16000Lux。

3） 利用最低照度值推算摄像机灵敏度（标准光圈值）。专业摄像机通常都会在技术指标中标明标称灵敏度（包括标准光圈值、照明色温、照度和反射率标准），而低档摄像机则往往只给出最低照度值，而不提供标称灵敏度参数。使用者为了便于分析对比，同样可以按上述计算方法，利用已知的最低照度值推算出该机的相应参照灵敏度（光圈值）。这种方法虽然不够严谨但却也实用。现以最低照度为32Lux，最大光孔为f 2.0和最大增益值为+12dB的摄像机为例进行具体推算，参见图2。

首先将最大增益+12dB与亮度轴上的32Lux（最低照度值）处对齐，则+6dB和0dB分别对应于64Lux和125Lux；然后再将f2（最大光孔）与0dB（125 Lux）处对齐，于是光圈f2.8、f4.0和f5.6分别对应于250Lux、500Lux和1K（1000Lux）照度值，而对应于2K（2000Lux）处的f8就是代表该摄像机灵敏度的标准光圈值，也即该摄像机的灵敏度标称为f8。

2 摄像机的色温调整范围

我们知道，物体的颜色是由照明光源的光谱特性（常以色温表示）和物体对照射光的反射特性共同决定的，当光源色温变化时景物的颜色也将随之改变。在电视摄像中，只有当照明光源的色温与摄像机的平衡色温一致，同时摄像机RBG三路输出的电平也取得一致，即获得白平衡时，被摄景物的颜色才能得到正确再现。

摄像机的彩色系统都将3200°K作为平衡色温的标准，而实际拍摄环境中照明光源的色温范围是非常之大的（见图3），因此，在高于或低于3200°K的照明环境下拍摄必须首先进行白平衡校正。此外我们也希望摄像机能够具有尽可能宽的色温调整范围，以满足在不同照明条件下进行拍摄的需要。

摄像机的白平衡调整通常包括选择滤色片进行色温变换和调整R路、B路放大器对G路的增益这两个部分。我们可以分别从这两个方面来确定摄像机白平衡的色温调整范围。在计算色温变换和色温平衡时，采用微倒度（Mired）来代替绝对温标（°K）进行计算要方便的多。两者的换算关系为：微倒度（urd）=1/色温（°K）×106。

1） 仅仅采用白平衡校正电路进行调整时的色温可调整范围。摄像机中的白平衡调整电路大约具有±3 dB的增益控制范围。根据计算公式：微倒度（urd） =增益（dB）×31.25，可以计算出白平衡调整电路的色温校正值为±3dB×31.25=±93.8urd，又因摄像机的平衡色温值3200°K对应的微倒度为1/3200×106= 312.5urd，由此就可算出白平衡调整电路的色温调整范围：

换算成绝对色温表示则为2461°K～4572°K。这就是不加滤色镜，仅仅使用校正电路增益控制时的摄像机白平衡调整范围。

2） 加用光学滤色镜校色时的白平衡调整范围。在摄像机镜头和分色镜之间的光路中，通常都加有用以降低色温的光学滤色镜，通过滤色镜可将高色温照明光线的光谱特性校正到接近摄像机要求的平衡色温范围，或者说使用滤色镜可以提高摄像机的工作色温。

例如加用5600°K滤色镜（对应微倒度178.5 urd）后摄像机的白平衡调整范围为：

换算成绝对温标表示为3672°K～11792°K。由此我们便得出装有5600°K滤色镜和具有±3dB增益控制白平衡电路的摄像机的工作色温范围是2461 K°～11792°K。

在一些高档摄像机中往往装有多块滤色镜以获得更宽的色温工作范围。同理根据滤色镜的标称色温值就可以分别计算出每一档滤色镜的白平衡调整范围：

这表明，装有上述滤色镜的摄像机可以在下到2461°K，上至15408°K的色温范围内进行拍摄。

3） 一种实用的拍摄技巧。在通常情况下，白平衡校正的规范操作是，首先按照现场照明光源的实际色温选择相应的滤色镜（如户外阳光下选用5600°K档滤色镜），然后再按下自动白平衡开关自动完成白平衡调整。其原理是先通过光学滤色镜对入射光进行降色温变换（属于近似粗略的光学矫正），然后再经由白平衡调整电路的增益控制，来完成RGB输出电平的精确调整，使其保持高度的一致。

由于光学滤色镜都具有一定的密度，会阻挡部分入射光通过，造成大约一级光圈的光通量损失，因此设法避免滤色镜自身的光损会有助于低照度环境下的拍摄。例如遇到必须在户外高色温低照度条件下（同时又不能增加照明时）进行拍摄的情况，按照常规操作，应首先选用4300°K或5600°K档滤色镜，然后再进行白平衡调整，这势必造成入射光的损失。此时可尝试不加滤色镜（即直接选用3200°K档）的方法，完全依靠白平衡调整电路的增益控制完成白平衡的校正（可减少约50%的光损）。因为从上述可知，对于具有±3dB增益控制电路的摄像机来说，其不加滤色镜时的色温调整上限是4572°K，而现代高档摄像机常具有更强的电路增益控制能力，因而拥有更加宽泛的色温调整范围。