彩色电视摄像机的自动调整功能

随着微型计算机技术的发展,现代彩色电视摄像机中一般都装有微处理机,增添了许多自动调整功能,摄像机的调整和操作因而变得十分简单。

已经实用化了的自动调整有:自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、自动黑平衡、自动中心等等。

此外,为了克服高速度摄像时的“开花”和“彗尾”现象,还普遍采用了自动电子束最优化(ABO)电路或动态电子束控制(DBC)电路。下面简要介绍这些自动调整功能。

1.自动光圈

光圈的跟踪调整是摄像人员工作时的一项紧张而又烦琐的操作。例如,当所摄取的景物亮度变化范围较大时,摄像人员必须及时跟踪调整光圈,以保证电视图像信号不出现“限幅”现象,否则就会使图像亮处失去灰度层次变化,破坏彩色平衡,出现拉道等现象。而“自动光圈”这一功能,就能够自动地使图像信号的白色电平保持在标准状态。

自动光圈的工作原理,即是在一幅图像的中心部位选取红、绿、蓝三基色信号中电平最大者,再取其平均值,放大后与一基准电平相比较,最后用其误差信号来驱动控制光圈的电动机或驱动线圈来调整光圈,从而使信号保持在预先选定的标准电平上。

2.自动白平衡

彩色电视摄像机首先必须能正确地重现黑白图像,才可能真实地重现彩色图像。因此,要求彩色摄像机在工作过程中要始终保持其黑平衡和白平衡。

摄像机工作时间较长或光源的色温变化等,都会破坏已经调整好了的白平衡。这就需要有个简便而迅速的方法,随时校正黑、白平衡。因此,现代彩色摄像机普遍增设了“自动白平衡”和“自动黑平衡”电路。近年来生产的摄像机还有记忆功能,可将经过自动调整的白平衡记忆起来,在一定时间
内不必重新调整。

白平衡的调整,一定要在拍摄一标准白色目标的情况下进行。

自动白平衡通常有两种处理方法。第一种方法是:将处理放大器输出的红、绿、蓝三基色信号送入白平衡电路,分别经白平衡门脉冲取样后加以整流,以便得到平均直流电平,再将红路和蓝路的平均电平分别与绿路的平均电平进行比较。以绿路电平为基准,将所得的误差电压放大后送回处理放大器的增益控制级,从而改变红、蓝两路的增益,使其输出信号电平与绿路信号电平相等来实现白平衡。自动白平衡的第二种处理方法是:将色差信号R—Y和B—Y送入自动白平衡电路,经R、C网络积分后,与零电位进行比较。当摄取白色景物并达到白平衡时,两个色差信号都应当是零。因此,色差信号和零电位进行比较时,若R—Y>0,则比较器输出电压就加到红路增益控制级使其增益减小,直到R—Y=0为止。反之,若R—Y<0,则红路增益应当增大。蓝路增益的控制方法与红路相同,由B—Y信号控制。

3.自动黑电平与自动黑平衡

自动黑电平即是将视频信号中的黑电平自动地维持在某一预定的电平上,把红、绿、蓝三路信号的黑电平同时提升或降低同样的数值,并不影响平衡。这项调整一般是通过在摄像机上设一个开关而实施的,必要时将开关接通即可。

但黑电平的不平衡因素比白电平多。如,镜头和摄像管的杂散光变化,摄像管的暗电流变化、摄像管所加背景光等都会使黑电平变化,从而破坏黑平衡。

此外,由于黑电平的调整和白电平的调整互相影响,又使黑、白平衡的调整复杂化,甚至需要黑、白平衡反复调整。因此,在彩色摄像机的处理放大器里,在增益控制级前面要加杂散光校正,暗电流和背景光补偿、预消隐等电路,以使黑电平既不随杂散光变化,也不随增益变化。这样,调白平衡时就不致于影响黑平衡了。

一般应先调整好上述校正和补偿电路之后,再调整黑平衡,最后再调整白平衡。黑平衡的自动调整和白平衡的处理方法相似,也有两种。一种是红、绿、蓝三路处理放大器的黑电平由一个公共的基准黑电平来决定。在盖上镜头盖后,就自动地使每一种信号在增益控制级前的黑电平都是零,这样,最后输出的三路视频信号的黑电平也必定是一致的。另外,也可将绿路作为基准,将红路黑电平与蓝路黑电平分别与绿路黑电平相比较,用所得的误差电压分别控制红路与蓝路的黑电平,使之与绿路黑电平相等。

4.自动中心重合

彩色三管摄像机的中心重合调整比较麻烦,常常给摄像人员带来很大负担。现代彩色摄像机不仅提高了彩色重合精度,也提高了重合的稳定性。而且,采用自动重合调整,操作大为简便。

影响稳定性的因素主要有两个方面:一是扫描电路本身的不稳定性,二是光学系统、偏转线圈及其调整机构随温度变化(或其它振动等)所引起的机械位置畸变。由于因素复杂,比起其他调整(例如白平衡),其稳定性较差,因而,对摄像机定期调整的周期长短,主要取决于重合精度的稳定性。

自动中心调整,目前常采用一种较简易的自动对中心会聚电路。其功能主要是使R、B两通道的图像与G通道的图像进行自动对中心(水平和垂直方向)的调整。自动中心调整电路是由四个同样的水平和垂直移位电路组成的。
其输出信号分别控制红路和蓝路摄像管的偏转电流,使红色图像和蓝色图像相对于绿色图像进行移位。由于使用微机控制调整,可不必使用特殊的中心调整图案卡,只要直接从被摄物(要求对比度较强的图形)取出轮廓信号进行处理比较,并反馈给控制扫描电路,即能进行自动中心调整。

5.自动聚焦

摄像机镜头的自动聚焦(AF)方式很多,当前已实用化的方式基本上分两大类,即有源方式和无源方式。有源方式类似自然界中的蝙蝠,利用本身发射并接收超声波来测距,以进行夜间飞行。无源方式类似人或动物利用两个眼睛(在水平方向相互有一定距离),通过观看物体的角度来测定距离。

下面简要介绍一下自动聚焦的几种方式。

(1)超声波AF方式(有源方式)。由摄像机发射超声波,并接收从被摄物反射回来的反射波,通过往返时间的测定,决定被摄距离。此方式的优点是对明亮或者暗淡的被摄物测距均有效;缺点是,由于超声波的吸收与反射,容易产生随机误差,另外,超声波不能通过玻璃,故对玻璃窗外部的被摄物不能自动聚焦。

(2)红外线AF方式(有源方式)。此种方式与超声波方式一样。但使用的红外线能穿透玻璃,可以隔着玻璃窗摄像聚焦。不过,对远距离的被摄物,其精度会下降。另外,有些被摄物会吸收红外线而产生随机误差。

(3)三角测距AF方式(无源方式)。此种方法类似人们用双眼观看物体时的幅角来测定距离的方法,这种方法对于较暗的被摄对象,使用比较困难。

(4)摄像器件检测AF方式(无源方式)。由被摄物的入射光进入摄像器件,测定在画面中心的对比度,并进行比较,当最大时,即聚焦成象,故不存在视差问题。但是,由于摄像与检测是同一部分,为了比较判断最佳聚焦位置,需要有一定的时间,影响使用效果。

(5)TCL相位检测AF方式(无源方式)。这是一种新近开发的无源方式,日本JVC公司已将其用于该公司的单管摄像机GE—S5上,并获得了较

好的效果,较有发展前途。

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