廣播級攝像機灰度還原一致性調整探討

朱立 江蘇省廣播電視總臺

1.調整概述言

伴隨當前電視節目制作的大型化以及觀眾對節目更高的審美需求，多機位拍攝已經成為目前主流大型綜藝、體育賽事等節目的趨勢，而多機位拍攝帶來的一大問題就是所有攝像機畫面還原是否能夠一致。在大型節目制作經常出現的情況是兩臺不同攝像機拍攝同一場景時，畫面的色彩、飽和度、對比度等主觀視覺效果不一致，即使是在使用基礎上對 RGB 增益、黑電平、伽馬等參數進行調整仍然不盡人意。如果在拍攝開始之前，就對所有攝像機的一致性進行校正，借助客觀儀器的測試和調整，往往能在主觀上達到很好的效果。

由于攝像機的鏡頭、分光系統等特性并不是理想的，所以經過CCD之后的電信號不僅很弱，而且有很多缺陷，并且經過放大電路之后，缺陷會更為明顯。因此攝像機視頻信號處理放大器中的設計和調節對最終的成像質量影響很大，從而對攝像機的客觀指標的調整顯得更為重要。

根據當前節目制作的習慣，調整所有攝像機一致性首先應以某一臺攝像機作為標準機，其它攝像機作為目標機，在對標準機進行調整之后再以其為參考調整其余的目標機。

2.標準攝像機的測試和調整

攝像機調整所用的測試卡采用測試專用灰度卡，如圖1所示。

2.1 測試環境

（1）測試環境應盡量避免反射光和雜散光影響。

（2）兩個測試燈具應相對測試卡對稱，光軸與測試卡法線的角度約45°。

（3）測試燈具光軸高度與攝像機鏡頭光軸高度應一致。

圖 1 灰度卡

圖 2 測試場景

（4）測試卡的中心法線與鏡頭的光軸應重合。

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

（6）攝像機拍攝測試卡時取標準畫面尺寸，應將四個邊上的定位三角對準監視器的畫面邊界。

（7）采用標準鏡頭測試，攝像機距離測試卡 3±0.5 米。

測試場景如圖 2 所示。

2.2 調整步驟

（1）調整前需要將攝像機的部分功能關閉：

Knee OFF（自動拐點關閉）：如果拐點打開拍攝灰度卡，超過拐點電平的部分將被壓縮，這將很難比對高亮部分伽馬的準確位置。

White Clip OFF（白切割關閉）：在用灰度卡做基準調整時，必須設定 100% 白信號作為基準信號。如果白切割功能設定值低于100%時，需要重置此數值或者設定值改為高于100%(松下 HC-2500 的工廠初始化設定是 109%，一般設置為 110%-115%）。

DTL OFF（細節關閉）：如果細節功能打開，噪波會增加，不利于在示波器上的確認。

在關閉上述功能之后，對攝像機進行三次 ABBAWB 的調整以獲得較好的準備數據。

（2）黑電平的建立

在增益調節電路之前，必須使黑色電平和消隱電平一致為0，從而保證改變增益時黑色電平不變。由于攝像機輸出端的消隱電平不一定與前面各級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，當消隱電平為0時，黑色電平為 14-35mv （白色電平的2%-5%）。 黑電平的建立是所有調節的基礎，在攝像機調整之前都需要首先確立黑電平的位置。

調整黑電平的方法為關閉光圈，通過示波器檢查電平的位置，RGB 三路黑電平應當為設定值（白色電平的2%-5%），如果某一路黑電平波形顯示偏離，則需要對相應的黑電平進行調節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

如果校正時發現波形傾斜或者噪點比較多，則需要進行黑斑校正。以松下 HC-2500 攝像機為例，在攝像機頭進入 DESIGN MENU ，執行一次自動黑斑校正。黑斑不良的狀況如圖4所示。

校正完畢通過示波器的矢量圖進行檢測，此時正確的信號應該是矢量圖中心位置的一個點，確認完畢后再對攝像機執行2-3次 ABB 操作以獲得較為準確的ABB數據。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 γ 校正

γ 校正意義主要在于修正攝像 - 顯像系統的非線性，如果γ校正出現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，打開光圈，攝像機拍攝灰度卡，提升光圈至白電平位置在 100% 即 700mv 處。此時再進行 2-3 次的 ABB、AWB 操作以獲得較為準確的白平衡和黑平衡數據，觀察示波器的 RGB 三路波形，如圖6所示。

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

圖 6 白電平 100% 位置

圖 7 伽馬位置確認

（4）雜散光（ Flare ）校正

入射光通過鏡頭時會在各透鏡中產生一定的反射量，該部分反射在各鏡片之間反復反射和投射，以及 CCD 的晶體結構和各半導體之間產生的少量反射光會形成雜散光。雜散光提高了白色周圍的電平，使得圖像黑白對比度下降，圖像上來看會顯得蒙上了一層霧。所以雜散光的校正對提高圖像質量有極大的幫助。

校正方法：在白電平 100% 位置時，通過示波器觀察 Flare 的位置，首先調整 G 路的 Flare，以松下 HC-2500 高清攝像機為例，Flare位置應當在白電平的12%位置， G 路調整完畢后再調節R路和B路的 Flare 位置。調整完畢后再進行 2-3 次 ABB、AWB ，獲得較為準確的白平衡和黑平衡數據。雜散光位置確認如圖8所示。

（5）白切割（ White Clip ）和拐點（ Knee ）位置的確認

為了提高攝像機的動態范圍，在電平為 100%-115% 部分采取了白壓縮的方式，由此在攝像機的入射光超過 200% 之后，輸出信號的電平才達到白切割電平，從而擴大了動態范圍。但是在拍攝高對比度的圖像時， 200% 的動態范圍是遠遠不夠的，此時可以通過降低拐點電平的方式提高攝像機的動態范圍，一般情況下拐點降低到白色電平的 85% 位置時，動態范圍可以高達 600% 。由于拐點以上的灰度層次不夠鮮明，所以在入射光不強的情況下應當提高拐點以擴大亮度傳輸特性的線性范圍。拐點的值可以根據實際使用進行設置。

由此可見，白切割電平決定了重現圖像的最大亮度，高于白電平部分的圖像為沒有亮度層次的一片白色。拐點位置決定了圖像的動態范圍。

圖 8 雜散光位置確認

圖 9 拐點位置確認

圖11 白切割電平位置確認

確認方法：根據節目制作習慣，設置拐點值，以常態在演播室使用的攝像機來看，適合設置更高的拐點值，一般設置為 95% 。在攝像機操作面板將拐點設置為 95% ，通過示波器觀察 95% 以上的波形是否發生變化。拐點位置如圖9所示。

確認完畢拐點后需要對拐點以上的傳輸特性斜率進行檢查， RGB 三路的斜率是否一致。通過增加兩檔光圈或者 +6dB 增益觀察 RGB 三路斜率，如果不一致則要進入攝像機的 Slope 菜單進行調整。斜率位置確認如圖10所示。

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

上述所有步驟調整完畢后，變化光圈確認 RGB 三路各點位置變化是否一致，至此，標準攝像機的調整完畢。

3.目標攝像機的調整

首先將目標攝像機的信號輸出接到示波器的第二路輸入上，通過示波器可以對比兩路攝像機的波形。目標攝像機的調整和標準攝像機調整步驟一致。

（1）1Knee OFF（自動拐點關閉）、White Clip OFF（白切割關閉）、DTL OFF（細節關閉）；

（2）黑電平建立和黑斑校正，調整方法和標準攝像機相同；

（3）確認 γ 校正，可以通過示波器觀察目標攝像機和標準攝像機的主伽馬（ Master gamma ）的位置，確認完畢后觀察目標攝像機的R路伽馬和B路伽馬是否和主伽馬一致；

（4）雜散光（ Flare ）位置，首先通過示波器觀察目標攝像機和標準攝像機的主雜散光（ Master Flare ）的位置，確認完畢后觀察目標攝像機的R路雜散光和B路雜散光是否和主雜散光位置一致；

（5）目標攝像機的白切割（ White Clip ）和拐點（ Kne-e ）位置，確認和標準攝像機一致，設置和確認完畢后同樣需要檢查 RGB 三路的斜率。

上述所有步驟調整完畢后，變化光圈確認 RGB 三路各點位置變化是否一致。至此，一臺目標攝像機調整完畢。按照此步驟調整剩余的目標攝像機。

4.注意事項

在整個調整過程中，每個步驟結束后都建議進行 2-3 次 ABB、AWB， 以獲得更為準確的黑、白平衡數據。

調整完畢后需要注意的是，在正常拍攝中，畫面發生變化時，盡量不去調整黑電平的值，如果畫面需要改變主觀對比度，建議進入攝像機的 Black Gamma 菜單進行調整，因為直接調整黑電平會對整體的黑平衡產生破壞。

通常很多攝像機帶有自動拐點或者自動動態范圍調整功能，但是在諸如演播室工作的情況下，入射光不會發生劇烈變化，可以關閉自動拐點或者自動動態范圍調整功能，手動設置一個比較適合當前固定場景的拐點值。