醫療電化教育錄播系統中攝像頭的測試方法選擇

陳薇薇，張博，許鋒

北京大學第三醫院 醫學工程處，北京 100191

近年來，隨著教育部“精品課程”建設要求和客觀結構化臨床考試（Objective Structure Clinical Examination，OSCE）應用模式的日益增長，信息、網絡、多媒體控制等技術在電化教育中得到了廣泛應用，錄播系統建設成為衡量一所醫學院校教學質量的重要考核指標之一[1]。而作為視頻平臺影音圖像的采集起點，攝像頭的選擇直接影響著教學錄播系統的建設質量及使用效果。

1 攝像頭的種類

攝像頭分為標清和高清兩種。標清攝像頭的物理分辨率＜720 P，720 P是一種在逐行掃描下達到1280×720的分辨率的顯示格式。高清攝像頭的物理分辨率要達到1920×1080，也就是說水平分辨率要達到1920個像素，垂直分辨率要達到1080條掃描線。國際上公認的高清視頻要求為：視頻垂直分辨率＞720 P 或1080 i，視頻寬縱比為16:9；可采用寬色域、大屏幕和環繞立體聲播映，具有更強的感染力和可視性[2]。標清和高清攝像頭對比，見表1。

表1 標清和高清攝像頭對比

高清攝像頭具有分辨率高、水平視場角大、畫面包容的景物多等優點，如果要建設一套覆蓋面較廣的錄播系統，只有采用高清攝像頭才能達到高水平課件質量的應用需求。但現在市場上同類商品較多，質量良莠不齊，價格高低不一。因此若要選擇合適的攝像頭，需要在項目方案確定前對攝像頭的清晰度、色彩還原能力、聚焦能力等技術參數進行綜合測試。

2 高清攝像頭的測試方法

通過前期市場調研，筆者選定了5個品牌的1080 P高清攝像頭作為測試對象。

客觀、標準、專業的測試方法，需要標準光源燈箱、照度計、波形示波器、矢量示波器等專業設備。專業測試示意圖，見圖1。

其中，波形監視器用于監測采集視頻的質量，即用來測量信號幅度（電壓），以及檢測單位時間內信號的所有脈沖掃描圖形。視頻電平不能超過波形監視器電平的100%，也不能低于波形監視器電平的7.5%。過高的電平信號會被濾波電路削去，圖像顯示為白色，較模糊。過低的電平信號的圖像顯示幾乎為黑色。

矢量示波器用于測量顏色的飽和度和色調，測試圖上標記有R、G、B、Mg、Cy和Yl6個小方框，分別表示紅色（Red）、綠色（Green）、藍色（Blue）、品紅色（Magenta）、青色（Cyan）和黃色（Yellow），是彩色的3原色和對應的補色。矢量示波器與視頻設備的視頻輸出端連接，讓視頻設備播放彩條測試卡，調整色度增益控制電位器和相位控制電位器，使彩條矢量點落在示波器對應的田字格內。矢量示波器測試圖的中心是無色的，某種顏色離中心越近，其飽和度就越小（越接近白色）；離中心越遠，其飽和度就越高（顏色較濃）[3]。

但是，配置上述整套設備不僅需要投入大量資金，還要考慮儀器速度和被測信號變化的匹配度是否良好，帶寬是否充足，測量方法是否會引入干擾，測試接頭是否合適等。而多功能專業測試圖既可以滿足高清攝像頭的測試需求，又可以節省儀器投入成本，更適用于教學單位應用層面。

3 多功能專業測試圖測試過程

3.1 測試環境搭建

測試環境布局，見圖2。現場抽簽決定5個品牌產品的演示順序，通過網絡在會議室中遠程控制高清攝像頭拍攝，再使用HDMI線或VGA線在會議室的高清電視機上同步顯示拍攝效果。

3.2 測試過程：

測試工作初步設計如下：

（1）失真及清晰度測試：通過變焦拍攝貼在墻上的清晰度測試圖，看攝像頭能否分別清晰地分辨水平和豎直的800～1000線對。

（2）色彩還原測試：通過拍攝已貼在墻上的色彩還原測試圖，看攝像頭能否分辨紅色和橙色，黃色和綠色，以及藍色和紫色等顏色相近的色塊；并對醫院同事的面部進行拍攝，看色彩是否均衡。

（3）跟蹤對焦測試：通過拍攝一定距離內人員的手部動作，看攝像頭能否快速跟蹤對焦。

（4）網絡延遲度測試：拍攝1位現場人員，令其口述數字，同時配合與口述數字相同的手型，此時會議室和現場的對講機打開，以保證口述聲音在測試的兩個地點同步。判斷聲音和手型是否同步。

（5）低照度情況下測試：通過分次關閉兩組日光燈，觀察墻上清晰度圖片和顏色圖片的拍攝效果。

（6）在上述拍攝過程中觀察圖像有無抖動、鋸齒現象。（7）在上述拍攝過程中觀察圖像細節的拍攝能力。

3.3 相關測試表格

在進行測試的同時，組織具有一定攝影水平的同事作為專家，根據測試過程中的實際拍攝情況進行雙盲客觀打分，評分標準為0分：效果差；1分：一般；2分：效果好。最終排序選定產品。測試評分表及記錄表，見表2～3。

表2 測試評分表

3.4 測試結果

打分統計結果，見表4。最終選定A品牌產品為攝像頭采購的首選產品。

表3 測試記錄表

表4 測試打分結果

4 總結

選定欲采購的高清攝像頭后，需要將全套攝像頭參數提供給各方案的提供單位，讓其根據此產品提供整套錄播系統的實施方案。但想要使選定的高清攝像頭產品達到類似測試過程中展示的滿意效果，以下問題需要注意[4-6]：①音、視頻的傳輸：應采用無損編碼方式；② 攝像頭推拉搖移的遠程控制：可采用網絡鍵盤手柄，便于控制；③ 音、視頻的存儲：應保證在線1年的存儲調閱，需要配置磁盤陣列；④ 系統軟件功能：需具備檢測與連接、系統登錄、權限判斷等功能[7-8]。

[1]韓瑞.教育錄播系統項目管理研究[D].山東:山東大學,2012.

[2]冉峽.高清攝像中幾個不容忽視的技術問題[J].科技傳播,2010,(3):6-7.

[3]陳攻.對高清攝像機測試的思考[J].現代電視技術,2007,(2): 68-69.

[4]張志剛,白然.高校課堂網絡錄播系統的設計與實現[J].電子測試,2013,(22):188-189.

[5]桑香榮,朱泉之.是輔助更是創新-自動錄播系統在教學中的應用與反思[J].中國信息技術教育,2014,(1):133-134.

[6]吳洋.多媒體教學錄播系統的設計與實現[D].成都:電子科技大學,2012.

[7]李燕.多媒體錄播系統在高校精品課程建設中的應用研究[D].上海:華東師范大學,2011.

[8]吳天生.網絡課件實時錄播系統及其應用[J].廣東技術師范學院學報,2007,(3):30-32.