三CCD彩色电视摄像机的信号形成过程

根据三基色原理，利用电视来传送彩色图像，最简单的方法是把物体的颜色分解成三种基色分量，这些分量的信号可分别用三个通道传送出去，而在接收端可利用所收到的信号，按照彩色叠加混合的方法，将被传送的彩色景物的图像重现出来，这是彩色电视的基本方法之一，因为是由三个通道同时传送三种基色的图像，故称之为同时方式。这是一种应用加法混色方式的电视系统，彩色景象通过三个基色滤色镜被分解为三幅基色图像，它们分别聚焦在三个电视摄像器件的光接收面上，输出三个基色图像的信号，分别由三路传送系统同时进行传输，在接收端由红、绿、蓝三颜色同时重现这三幅基色图像，并用适当的光学方法把它们叠加在一起，就显出原来的彩色图像，如图3-22所示。

图3-22　同时传送彩色信号

上述方式最简单，重现的图像质量也最令人满意，但是它的最大缺点是频带利用率较差，假如每种基色图像的标准与黑白电视相同，则传送彩色电视图像所需要的频带宽度将为黑白电视的3倍，这是因为彩色图像所包含的信息较黑白图像多，增加频带宽度问题曾经被认为是无法解决的。但是，科学家不断地总结经验，有所发现、有所发明、有所创造、有所进步，现在已经能使用黑白电视的同一频带宽度来传送彩色电视节目了。这个问题在后面将详细讨论。

此外，利用人眼的时间混色效应，也可以用一个传送系统来顺序传送三个基色信号，如图3-23所示。

图3-23　顺序传送彩色信号

在一个电视摄像器件的前面有一个机械滤色转盘，当红的滤色片转到摄像器件的前面就摄得红色图像信号，同样绿滤色片转到摄像器件前面就得到绿色图像信号，蓝滤色片转到摄像器件前面就得到蓝色图像信号。在接收机端同样有一机械滤色转盘，装在一个黑白显象器件前面，跟发送端的转盘同步，这样当摄像器件摄取红色图像时，接收端显示出红色图像，同样，摄取绿色图像时，接收端显示绿色图像，摄取蓝色图像时，接收端显示蓝色图像，当转盘转得快到一定程度时，也就是红、绿、蓝图像顺序轮换快到一定速度时，就会看到一幅彩色图像。

这种方法的优点是设备简单，彩色图像的质量较好，缺点是不能与黑白电视标准兼容，若为了兼容而降低场频，则有显著的闪烁现象。另外，由于每秒传送的场数较高，若通道频带不变，则水平分辨力较低。反之，为了保持分辨力，则必须增宽传送频带等。所以目前这种顺序传送方式不适用于广播上采用，而只限于在一些特殊的领域上应用。

在彩色视觉重现的过程中，并不一定要求重现原景物的光谱成分，而重要的是应获得与原景象相同的彩色感觉，这与景物亮度重现有类似之处。如果合适地选择三种基本颜色，使它们按不同比例组合，可以引起人眼各种不同的彩色感觉，这就是三基色原理的思想。根据对人眼彩色视觉的分析，选择红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）作为三基色比较合适。

三基色原理对彩色电视极为重要，它把自然界五彩缤纷、瞬息万变的绚丽彩色转换、传送和重现简化为下列程序：彩色景物—分色棱镜分解成三基色光—彩色摄像机转换成三基色电信号—传输通道—在三基色荧光屏上重现彩色图像。

在彩色电视系统中，将一幅彩色图像分解为红、绿、蓝三幅基色图像，这个任务由彩色电视摄像机来完成，同时由摄像机将三幅基色图像转换成三基色信号进行传输。

目前，常用的3CCD彩色电视摄像机由光学系统和信号系统两大部分组成，如图3-24所示。

图3-24　彩色电视摄像机组成框图

光学系统包括：镜头、中性滤色片、色温滤色片和分色棱镜。

信号系统包括：CCD摄像器件、信号放大处理电路。(www.xing528.com)

（一）镜头

通常采用变焦距镜头，可取全景、中景、近景、特写等画面。变焦距镜头的最长焦距和最短焦距之比称为变焦比。这里的焦距是指镜片中心到CCD成像平面中心的距离。一般在室内用小变焦比镜头，在室外用大变焦比镜头。

（二）中性滤色片的作用

减少进入镜头的光通量，使强光下拍摄的图像具有丰富的层次和细节并能得到一定的艺术效果。中性滤色片只消弱光强而不改变色彩。

（三）色温滤色片的作用

使摄像机适应多种色温的光源。利用色温滤色片的光谱响应特性，能补偿光源色温使其校正到接近演播室标准灯光的色温（3200K）。

将在演播室内使用的摄像机搬到室外拍摄时，由于室外光源色温高（偏蓝，参见第二章图2-4基准光源光谱特性中B白、C白、D65三条曲线），因此需要调整色温滤色片，否则拍摄的图像将偏蓝。

通常将几个色温滤色片组装在一个圆盘上，在圆盘的边上写上编号，使用时可转动圆盘，根据光源的实际情况将合适的滤色片转到分色棱镜前。当光源色温为3200K时，不需要色温滤色片，即在圆盘的这个编号位置安置的是无色透明玻璃或者就是一个圆孔；当光源色温为5600K时，光谱中蓝色成分偏多，加入浅橙色色温滤色片（称为5600K色温滤色片）来降低蓝色光透光量使光学系统总的光谱特性接近于3200K照明条件；当光源色温为2850K时，光谱中橙红色成分偏多，加入浅蓝色色温滤色片（称为2850K色温滤色片）来降低橙红色光透光量使光学系统总的光谱特性接近于3200K照明条件。

（四）分色棱镜

将一幅彩色图像分解为三个基色图像并分别投射到相应CCD摄像器件的感光面（成像面）上，如图3-25所示。

图中：Mg为第一分色膜，它能反射绿光而透射红光和蓝光；Mb为第二分色膜，它能反射蓝光而透射红光。τR、τG、τB为校色片，R、G、B分别为红光、绿光和蓝光。

（五）CCD

分别将基色图像进行像素分解、光电转换、通过扫描（按从左到右、从上到下一行一行、一场一场）顺序输出三个微弱的基色电信号。

（六）放大处理电路

分别对三基色电信号进行放大和处理（主要是彩色校正和γ校正），以形成标准电压（电流）。3个基色信号已经包含彩色图像的亮度、色调和饱和度信息，分别加入复合消隐信号和复合同步信号后直接送给彩色显示设备，就能重现原景物的图像。

图3-25　分色棱镜结构图