第三节　摄像机的结构

摄像机的结构由摄像镜头、录像器和话筒组成。

一、摄像镜头

镜头是摄像机成像系统的重要组成部分，在画面的创作过程中起着决定性的作用。电视摄影通过摄像机上的光学镜头摄取画面和观察拍摄对象，因此，了解和掌握摄像机镜头的工作原理及其成像特点是十分必要的。

摄像机镜头(图1-13)是使景物形成光学影像的重要器件。它如同摄像机的眼睛，由透镜系统组合而成，包含许多凹凸不同的透镜。拍摄物体时，被摄物体的光线透过摄像机的镜头感应在光敏面上。

图1-13　摄像机镜头

通常摄像机上所安装的镜头为光学变焦距镜头，其镜头的光学特征都是由焦距、相对孔径(光圈)及视场角构成。由于摄取的视场角不同，摄像镜头有广角与长焦之分。在实际使用中，使用频率最高的是变焦距镜头，通过连续的焦距变化来获得不同的拍摄范围。其焦距的变化范围有大有小。一般变焦距镜头上装有伺服装置，使镜头的操作变得简单易行。通常专业级以上的摄像机，都设有自动调焦功能。

光圈有手动调节和自动调节两种方式。焦距有手动和电动调节两种方式。输入到变焦距镜头的控制电压主要有电动变焦距控制电压、光圈关闭电压和自动光圈控制电压，它们都来自机体的自动控制电路。电动变焦距控制电压是可调的直流电压，它通过变焦电机带动镜头上的变焦环旋转，从而调节焦距;当摄像机输出彩条信号时或进行自动黑平衡调节时，光圈关闭电压使光圈自动关闭;自动光圈控制电压用于控制光圈大小，使输出的图像信号幅度符合标准。

当录像机与摄像机组装成一体化摄录机，或者摄像机与便携式录像机连接使用时，安装在变焦距镜头上的一个称为“录像机启动/停止”的开关可输出控制电压，启动录像机开始记录或暂停记录。

(一)镜头聚焦环

获得主体影像的清晰度并不是一件十分容易的事情。特别是高清晰度数字摄像机面世之后，因摄像机清晰度不足和电视屏幕尺寸有限而被掩盖了的画面焦点问题被突出地暴露出来。2002年，中央电视台为数码影院储备片源，审查了十部用数字高清晰度摄像机拍摄的电视电影。其中的九部影片因为包括画面焦点在内的一些具体的技术指标不符合要求，而未被技术审查通过。这一结果使许多摄影师忽然感觉到在高清晰度画面条件下，诸如焦点的精确性等技术操作，已经成为困扰数字影像质量提高的紧迫问题。在经历了大屏幕或大尺寸高清监视器放映的体验之后，使不少有过丰富拍摄经历的摄影师，对于影像清晰度的标准有了重新的认识，从而将审视的目光再一次地聚集在小小聚焦环上。

在对动态画面拍摄时，聚焦环的操作也是动态的，根据摄影镜头聚焦环上调焦刻度的设计的情况，可以清楚地发现调焦刻度之间的间距是不均衡的，如图1-14所示。从镜头的聚焦环上可以清楚地看到:0.8～3.0 m之间刻度上的聚焦环转动距离并不与被摄距离的间距成恒定比例。也就是说与摄像机距离不同的被摄主体，在与摄像机发生等量的距离变化时，在聚焦环上调整的幅度差异是很大的。距离摄像机越远，聚焦环的调整幅度越小，调整的精度要求越高。如果再考虑景深的因素，有时焦点的精确度就是一线之差;如果被摄主体沿摄影镜头光轴方向匀速运动，聚焦环的操作则是在做变速调整;如果被摄主体是非匀速运动，那么在调整聚焦环的操作中就更加充满了变数。因此，能够在这种充满变数的聚焦操作中，始终保持被摄主体清晰的影像平面与摄像机光电传感器CCD受光平面的精确重合，这不仅是影视摄影的一项最基本的操作，也是电视摄像师必须扎实掌握的一项基本功。因此，在运用高清晰度数字摄像机拍摄时，摄像师需要在头脑中有一个大屏幕的意识，应该时刻意识到在清晰度已经提高了四倍的画面影像中。在未来数码影院的大银幕里，没有任何一点技术操作的瑕疵能够逃过观众的眼睛。

图1-14　专业摄像机聚焦环、手动变焦环、光圈环

(二)镜头变焦环

数字摄像机常规配制的镜头一般为变焦距镜头。变焦距镜头能够在不更换镜头的情况下改变焦距，为拍摄提供了方便。一个变焦距镜头中最长焦距值与最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。在数字摄像机的变焦距镜头中，变焦倍率虽然有多种选择，但是变焦环的操作却基本相同，均具备手动和电动两种操作方式，并由电动变焦转换开关进行转换控制。当变焦环处于电动状态时，变焦距的操作可以通过电动变焦距控制按钮来完成。而处于手动状态时，就需要手动控制变焦环来实现变焦距的操作。无论是采用哪一种操作方式调整变焦环，都能使摄影镜头的焦距值获得连续的改变，从而能够使操作者方便灵活地选择画面范围。但是，作为摄像师必须十分清楚，虽然变焦环能够连续地变换画面的取景范围，但是由于摄像机与被摄景物之间的距离没有改变，使画面景物之间的透视关系，在变焦距过程中始终保持不变。这样，调节变焦环所形成的画面移动效果，与采用定焦镜头进行同方向移动拍摄时的画面效果就完全不同。因此，在实际运用中不能以连续改变焦距的拍摄，随意地替代摄影机运动的拍摄。

(三)镜头光圈环

摄像机镜头光圈由金属叶片(图1-15)组成。光圈环的作用:一是对摄影镜头的光通量进行控制，二是对被摄画面的景深范围产生影响。与单反照相机镜头不同的是专业摄像机镜头光圈不仅有最小光圈，而且还可以关闭(图1-16)。使摄像机完全没有光线进入，用于校正专业摄像机的黑平衡。

图1-15　镜头光圈叶片

图1-16　专业摄像机镜头关闭状态

光圈系数又称相对孔径，其数值的大小表明镜头接纳光线的多少，镜头的最大光圈系数是决定镜头透光能力和鉴别力的重要因素。它常常标记在镜头外圈的表面，如F1.4或1∶1.4。相对孔径越大表示镜头的透光能力越强，反之，就越小。光圈系数一般用与光圈直径与镜头焦距比值的倒数来表示，常用的镜头光圈系数有:1.0、1.4、2、4、5.6、8、11、16、22等。每个相邻的光圈系数的曝光量相差一倍，例如，为了达到相同的曝光效果，选用光圈F8的曝光时间是选用光圈F5.6的两倍。

光圈(图1-17)的大小不仅是改变曝光量的多少，而且改变了在相同的焦距、相同的拍摄距离时景深的大小。光圈越小(光圈系数数值越大)，景深越大;光圈越大(光圈系数数值越小)，景深越小。

图1-17　光圈

一般摄影镜头的光圈环的调整都是手动操作的，但是，在各种类型摄像机的变焦距镜头上，光圈环除了可以进行手动操作外，还配有自动操作光圈环功能，并由光圈选择开关来控制手动和自动之间的转换。在专业摄像机的变焦距镜头中，甚至还设置了瞬间自动光圈按钮(当光圈调整确定为手动时，按下瞬间自动光圈按钮(图1-18)，光圈调整则转为自动状态;松开按钮，光圈调整立即恢复为手动状态)，自动光圈是根据被摄景物亮度的平均值，自动确定光圈数值，因此，自动光圈所适应的是画面的平均曝光值。由于自动光圈会因为被摄景物亮度的改变，而随时进行自动的跟进调整，因此在拍摄运动物体时，自动光圈的数值也会因为动态环境亮度的变化而随之改变。如在拍摄一个人物过马路时，从摄像机前面驶过的车辆会不断地遮挡镜头，造成被摄景物亮度的变化，为此自动光圈也会因随之调整曝光而造成画面忽亮忽暗极不稳定的效果。这样对于以动态摄影为主的影视摄影来说，自动光圈并不是专业摄像师经常性的选择。在绝大多数的情况下，仍然是使光圈环处于手动的操作状态，甚至是在景物亮度差别很大的环境中。摄像师在进行快速移动拍摄时，例如，从室内快速的移动到室外，或从车外(内)拍摄急速连续的变化到车内(外)拍摄等类似的情况，也只是利用手动改变光圈或利用摄像机手柄上的瞬间自动光圈按钮来实现快速变换光圈的操作。

图1-18　专业摄像机自动光圈按钮

(四)镜头微距调整环

在拍摄诸如花蕊、昆虫、邮票或微小元器件等时，数字摄像机具有一种超近距拍摄功能，因为能够实现增大影像与被摄物的复制比例，而显示出不可替代的作用。具体的操作是:首先，将聚焦环调整到无限远的位置，随后将变焦环设置到手动的工作状态，拨起超近拍摄的调节环上的锁定插销或松开锁定螺钉，旋转到底可进行超近距拍摄，拍摄时改变被摄物体与摄影镜头之间的距离，可以改变画面影像的大小，用手动的方式调整变焦环，即可以调整被摄物主体的焦点。专业摄像机镜头微距效果，如图1-19所示。

图1-19　专业摄像机镜头微距效果

(五)内置滤光镜(CC/ND)

内置滤光镜常称为滤色片，包括色温校正片和中性滤光片。

摄像机的滤色镜是一些特殊的光学镜片，它们可以改变进入摄像机镜头光线的强度和光谱成分。专业的数字摄像机均在分光棱镜系统前，设置了可以进行色温转换的CC滤色片。为了统一色温，调整CC滤色片能将日光中的不同色温，调整到与摄像机设定的灯光色温一致(摄像机的设定色温是可调的，一般设定为3200 K)。如果需要追求偏冷或偏暖的画面色调效果，也可以通过调整CC滤色片，使拍摄光线的色温与摄像机的设定色温实现有意图的偏移。

专业数字摄像机在分光棱镜系统前除了配置了一组CC滤色片，同时还设置了一组可以改变入射光线亮度的ND滤色片。ND滤色片是一组不同密度的灰片。这些灰片的使用只是减少入射光线的强度，并不改变入射光线的色温。一般为1/4ND、1/16ND和1/64ND三片灰片，它们之间的阻光强度相差一倍，相当于两挡光圈的差异。在拍摄时，摄像机经常会遇到一些亮度很高的拍摄条件，特别是在夏季。如果遇到这种情况，即使把摄影镜头的光圈收到最小，也不能获得画面中高亮度区域影像的细节层次。选用适当ND滤色片，就能够使画面高亮度区域影像的视频信号得到有效的重现。

选用ND滤色片的另一个作用是可以获得较大的光孔。因此调整ND滤色片，不仅能够控制摄像机的曝光，还能够影响画面影像的景深范围。根据光孔与景深的作用原理，摄像师也可以通过选择适当的ND滤色片来调整画面景深范围。专业摄像机镜头大、小光圈效果，如图1-20所示。

图1-20　专业摄像机镜头小光圈(左)与大光圈(右)效果比较

摄像机的滤色镜装置分为两种。

单伺服滤色片驱动单元:(CC+ND)

1.3200 K

2.5600 K+1/4ND

3.5600 K

4.5600 K+1/16ND

双伺服滤色片驱动单元:

CC(色彩转换)滤色片

1.5600 K

2.3200 K

3.4300 K

4.6300 K

ND(中密度)滤色片

1.直通

2.1/4ND

3.1/16ND

4.1/64ND

想一想:

专业摄像机镜头上的变焦环、聚焦环和光圈环的作用。

补充阅读:

不同焦距的镜头在运动拍摄同一个被摄主体时，会因为改变画面中对被摄主体周围景物的包容量而改变画面的视觉节奏感。例如，在影片《女歌星》中，黑人女歌手在舞台上演唱，开始时音乐渐起速度非常缓慢，这时，摄影机用长焦镜头横移拍摄，因为镜头窄视角的作用，画面排斥了女歌手周围的许多相关景物。由于缺少了被摄主体与周围固定景物在摄影机移拍时，画面上形成的相对的位置变化，使摄影机对被摄主体横移拍摄在画面上形成的动感非常微弱，随着音乐速度的提高，摄影机由长焦镜头变换成短焦镜头继续横移拍摄，这时，画面的空间透视结构发生了变化，在被摄主体的前景处出现了一排观众，在摄影机横移拍摄中，作为前景的观众在画面上与摄影机反方向的相对移动，并且画面动感明显加强，从而使画面的视觉节奏与画面内乐队演奏的音乐节奏相吻合。

在这个例子的前后两个镜头中，站在舞台上的女歌手作为画面的兴趣中心始终是不动的，在长焦横移镜头中由于排斥了周围景物，使女歌手孤立地出现在画面里，要想使这个独立不动的被摄对象出现一些形体上的变化，摄影机的移拍必须要由女歌手的正面至少移拍到她的侧面才能反映出来。由于使用长焦镜头拍摄，摄影机与被摄主体的距离较远，在时间有限的条件下，摄影机对女歌手根本无法完成绕行90°的拍摄，实际上是摄影机的横移距离甚至并没有超过被摄主体的正面范围，这时的画面不仅动感微弱，而且缺少变化，自然节奏缓慢。而在后一个镜头中，由于在镜头前出现了一排观众，并且这排观众随着摄影机的横移依次划过画面而成为“作”的依托物使画面动了起来，从而使画面中动感的成分得到增强，并迅速占据了统治地位，而且第一排观众从画面的前景划过，人体轮廓在依次划过画面时的起伏形态本身就形成了一种周期性的变化，画面的视觉节奏感也就在这种变化中产生和加强了。

(资料来源:张会军.影像造型的视觉构成［M］.北京:中国电影出版社，2002.)

二、寻像器

摄像机的取景与135系类的单反照相机不同，它是一个相对独立的成像系统，在摄像机上是一个可以活动的部件。外观上摄像机寻像器类似一个小型彩色电视机，其屏幕有彩色和黑白之分，尺寸由1英寸到7英寸不等。

通过寻像器，摄影师可以看到摄像机的视频和音频及设备连接等很多提示信号，通过这些文字或是符号的提示信号，摄像师可以在拍摄的同时对录制的信号质量有所了解。

寻像器的主要作用是:摄像时使用寻像器来完成取景和构图;摄像机工作时显示工作状态信号。信号主要包含视频、音频、时间、电池电量、特技、磁带、拍摄格式、记忆容量、菜单使用状态等;回放时起到监视器的作用。

以下三个分别是广播级、专业级和家用级摄像机寻像器中常用的信息提示。比较后可以有助于了解不同等级摄像机对操控人员的基本要求也有所不同。

(一)广播级摄像机:索尼DSR600PL

索尼DSR600PL寻像器状态显示如图1-21所示。

图1-21　索尼DSR600PL寻像器显示

(1)VTR拍摄操作指示灯

(2)触发器模式

(3)镜头延伸器

(4)色温

(5)DC IN/电池电压/剩余电量

(6)*(星号指示灯)

(7)16∶9模式录像指示灯

(8)设置改变和调节进度信息现时区

(9)EXT/IV指示灯

(10)录像格式

(11)光圈设置/自动光圈补偿

(12)剩余磁带容量

(13)音频电平

(14)操作/错误信息显示区

(15)快门速度(www.daowen.com)

(16)增益

(17)白平衡存储区

(18)滤色片

(19)5600指示灯

(20)时间码

(21)ID号

(22)日期和时间

(23)型号名称和序列号

(24)16∶9/4∶3模式

(二)专业级摄像机:松下DVC200

松下DVC200寻像器状态显示如图1-22所示。

图1-22　松下DVC200寻像器显示

(1)扩展镜显示

(2)REC状态显示

(3)时间码显示

(4)中心标记

(5)信息显示

(6)光圈模式开关状态显示

(7)快速聚焦显示

(8)快门速度

(9)低照度报警显示

(10)音频抽样频率显示

(11)音频电平计显示

(12)录像机报警显示/电压报警显示

(13)FULL AUTO/SCENE FILE显示

(14)AWB色温微调显示

(15)变焦显示

(16)AWB色温显示

(17)ATW、AWB通道显示

(18)光圈数值显示

(19)增益显示

(20)滤光镜显示

(21)日期/时钟状态切换显示

(22)电压显示

(23)日历/时钟状态切换显示安全区标志

(24)剩余磁带显示

(25)安全区标记

(三)家用级摄像机:JVCGZ-HD3AC

家用级摄像机寻像器状态显示如图1-23所示。

图1-23　JVCGZ-HD3AC寻像器显示

(1)选定的记录模式指示

(2)近拍模式指示

(3)近似变焦比

(4)抑制指示

(5)变焦指示

(6)辅助聚焦指示

(7)快门速度

(8)亮度/锐度控制指示

(9)电池指示

(10)日期/时间

(11)手动聚焦调整指示

(12)选定的记录媒体指示

(13)防摔保护指示

(14)效果模式指示

(15)程序AE模式指示

(16)白平衡指示

(17)光圈值

(18)LED灯指示

(19)曝光调节指示/背光补偿指示/点曝光控制指示

(20)光圈锁定指示

讨论:

比较三款不同等级摄像机寻像器内的指示信息、其各自的侧重点及信息显示方式。

三、话筒

话筒能将声音信号变成音频电信号，是拾音采录的重要工具。目前，大多数摄像机带有一个机内话筒或镜头上方的随机枪式话筒，机内话筒和随机话筒只能基本满足语言清晰度的要求，不是很高的现场声的同期录制。为了更清晰准确地录制现场同期声，可以采用不同指向性的外接话筒，常见的有全指向性、单指向性、超强单指向性和变焦拾音话筒，这些性能有的是通过选择开关进行选择;有的是直接选用不同指向性的话筒。在有些受到录制条件和场地限制的情况下，还可以选用无线型、别针型等话筒。

(一)话筒的指向性

话筒的指向性是指传声器的拾音指向曲线。主要分成单指向性(又称心形话筒)和全指向性(又称无方向性话筒)两种，如图1-24所示。如果只有一两个人在说话，又不希望录到背景的嘈杂声，则单指向性话筒是首选;如果要收录一大群人的声音或背景环境声，全指向性话筒将是很好的选择。在拍摄电视剧的时候，如果要避免录音话筒出现在画面中，那么应该选用超强指向性话筒。

图1-24　话筒的指向性

(a)心形传声器或称单一指向性传声器;(b)全向传声器;(c)锐心形传声器

(二)话筒的结构

按照结构分类，主要有动圈式和电容式两种，如图1-25所示。动圈式话筒的振膜在声压的作用下产生振动，并牵引线圈在磁场中作垂直切割磁力线的运动而产生电动势。电容式话筒的振膜感应到声波产生的振动后改变了极板的电容量，并因此产生电荷。电动式和电容式话筒对声音的频率响应范围都比较宽广，但是电容式话筒在频率响应范围上比电动式话筒稍高一些。判断话筒是电动式还是电容式的方法很简单，电容式话筒因为使用电容，所以需要使用电池做电源，而电动式话筒则无需使用电池。

图1-25　动圈式和电容式话筒的结构

(a)动圈式传声器的内部结构;(b)电容传声器的内部结构

(三)话筒的技术指标

话筒的技术指标主要有灵敏度和频率响应两个特性。话筒的灵敏度表示，当一个声音传到话筒上的时候，在输出端得到的信号强度(或电压)，用dB(分贝)表示。话筒的灵敏度越高，输出信号就越强;灵敏度越低，则输出信号越弱。频率响应曲线是指话筒的灵敏度随录制频率变化的情况，用频率响应曲线表示。一般情况下，话筒的频率响应曲线范围宽，表示话筒的质量较好。因为人的声音的频带不宽，所以有的话筒上设有“M”和“V”两挡开关，“M”挡适合录制音乐，“V”挡适合于录制集中的语言声。

(四)话筒的附件

话筒的附件有吊杆和防风罩。

吊杆的作用是当受到拍摄场地和拍摄距离的限制时，可以把话筒固定在吊杆的一端，把话筒传递到说话者的前面或上方，还可以跟着说话者移动位置，如图1-26所示。

图1-26　话筒吊杆的使用

防风罩由金属或泡沫熟料制成，直接套在话筒的外面，可以阻隔一些轻微的噪声，如风声防风罩还可以起到保护话筒的作用，使其免受机械振动并防止尘土、水等，如图1-27所示。

图1-27　带防风罩的话筒

想一想:

摄像机内置话筒与外置话筒在使用性能上有哪些主要的差异?