电视摄像技术发展史—电视摄像教程

从工程技术角度来看，电视可以概括为一句话：建立在电信号的产生、储存、传递和重现技术基础上的声画传播形式。

电视从其诞生时起，就综合并融会了人类科学的多项成果，与化学、电学、光学、机械、工艺等许多学科有着密切的关系。电视的诞生，是人类科学技术的结晶，是好几代人刻苦努力的结果。

1.机械电视

1873年，人们发现了硒的导电性会随着其受到的照度的变化而变化，这一发现将光与电这两个物理现象紧密地联系了起来，也为电视技术的诞生提供了基础。

1884年，在电视发展史上是值得纪念的一年。23岁的德国工程师保罗·尼普科夫（Paul Nipkow）利用硒光电池，发明了一个电视机械扫描盘。这是一个绕轴旋转的圆盘，在圆盘上按螺旋型图案钻24个小孔，当圆盘在景物和硒光电池之间快速旋转时，盘上的小孔一个接一个地扫过画面，图像被分解成24条像素行，并挨个将光亮度通过小孔投给硒光电池形成电流。这样，整个画面就被分割并按次序轮流传送出去，接收端的圆盘和它步调一致旋转。硒光电池与电源连接，与电磁线圈、透镜等组成一套系统，最后在目镜上看到一个完整的形象。这个发明给电视的出现提供了如何传送图像的思路和对未来电视可用器件的设想。尼普科夫没有将这一发明继续完善成为实用的电视，主要是因为当时还没有放大器，另外还缺少一些别的器件。尼普科夫的两大贡献（即：整理出如何用电传送图像的思路——顺序扫描、同步再现；对未来电视可用器件的设想）使他被后人誉为“电视鼻祖”。通常我们所看到的影像，都是景物的光影像，即光源照射到物体上，被其表面反射出的那部分光线、光影照射入人眼中，刺激视网膜，使我们感受到物体的存在——也就看到了景物。

2.模拟电视摄像机

20世纪30年代，最早的电视摄像诞生，这种摄像机采用电子真空摄像管作为摄像器件。50年代，美国无线电公司等机构先后发明了超正析摄像管，提高了摄像机的灵敏度和清晰度。随后，荷兰飞利浦公司研制出了氧化铅摄像管，为摄像机的高性能化、小型化奠定了基础。此时，由于靶面成像对光线要求高、使用寿命短、性能不稳定和高昂的制作成本等问题使摄像机的使用范围一直限制在专业领域，无缘民用领域。

图1-1　摄像管结构示意

经过半个世纪的技术革新，西方先后研制成功了光电导摄像管、超正析摄像管、氧化铅摄像管、硒砷碲摄像管、硒化镉摄像管及硅靶管等各种摄像管。其性能不断提高，图像质量不断改进。其中，性能较好、应用最多的是氧化铅摄像管和硒砷碲摄像管。摄像管的结构示意如图1-1所示。

当时，虽然随着晶体管和集成电路技术的发展，电视摄像机在体积、重量和图像的性能指标等方面取得了很大的进步。但是，电视摄像机仍采用摄像管作为摄像器材，因摄像管的寿命低、性能不稳定而且不能对着强光进行拍摄等诸多缺点及高昂的制作成本，使其应用范围主要限制在专业领域。(www.xing528.com)

1975年，JVC公司推出了家用型VHS（Video Home System）电视摄像机，简化了电视摄像机的功能和操作，并大幅降低了价格，家用电视摄像机市场快速发展。20世纪80年代初，三管式彩色电视摄像机逐渐成为广播电视节目制作的主流设备。三管式电视摄像机的色彩细腻鲜明，但因机身大、色彩重合精度差、寿命短等缺点，使其昙花一现，很快就退出了历史舞台。

3.分量电视摄像机

早在1969年，美国贝尔实验室的鲍尔（Marvin Bower）和史密斯（Adam Smith）博士就研发了第一代CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）。进入20世纪70年代后期，CCD开始走上了实用化的道路，作为摄像机中关键器件之一的摄像管终于被更小巧的CCD固体摄像器件所代替。1980年1月，SONY公司生产出了世界上第一台CCD摄像机XC-1。XC-1内置12万像素的ICX008 CCD，被安装到了日航的大型客机上。1983年，美国RCA公司推出了三片式CCD。到了20世纪80年代中期，出现了采用固体器件CCD进行光电转换的板式摄像机，引发了电视摄像机技术的又一次革命。

数字处理电视摄像机就是在CCD器件的基础上发展起来的。1989年，松下公司推出了世界上第一台数字处理电视摄像机AQ-20，标志着电视摄像机开始向数字化方向发展。但是，这还不能算作完全意义上的数字电视摄像机，因为它只是在视频信号处理和自动调整部分应用了数字技术，而与其匹配的一体化录像单元还是模拟分量的，最后输出的仍是模拟信号。

4.数字电视摄像机

20世纪90年代，电视摄像机普遍采用CCD作为光电转换器件，舍弃了笨重的摄像管，机身的体积大大缩小，再加上新格式录像机的小型化，电视摄像机走向摄录一体化和小型化。1998年，第一部家用数码摄像机问世。DV数码摄像机采用新一代的数码录像带，体积更小、录制时间更长。

随着数字存储技术的进步，电视摄像机向全面数字化、高清化的方向发展。1992年，高分解力的第四代CCD已投入使用，如SONY 62万像素的Hyper HAD （空穴积累二极管）100型FIT（帧和行间转移）式CCD，其有效像素为57万。2001年出现的120万像素Power HAD EX CCD，进一步减小了垂直拖尾，灵敏度也相应提高，在光线较暗的环境下，仍然能达到较高的信噪比（S/N），如SONY的BVP-E30P，它是迄今为止最高端的标清演播室/转播车用便携式摄像机之一。随着集成度的增加，CCD 的尺寸也从20 世纪80 年代的2/3 英寸^[1]、1/2英寸发展到90年代的1/3 英寸、1/4英寸。当今1/5 、1/6英寸等更小尺寸的CCD也已实用化，目前高清晰度电视（HDTV） 摄像机所用的CCD 像素 （指有效像素或动态像素） 高达220 万以上。1992年，摄像机的图像处理电路技术也随着微处理器的应用和大规模集成电路微型化而突飞猛进，摄像和模拟电路记录录像的一体机问世，结束了摄像和录像分开的历史。

1998年，数字电路开始取代模拟电路，数码摄录一体机问世。日本的两大摄像机制造商——松下和索尼联合全球主要相关企业共同研发出新的DV（Digital Video数字视频的缩写） ——数码视频摄录一体机。

新的摄像机记录视频不是采用模拟信号，而是采用数字信号。这种摄像格式的核心部分就是将视频信号经过数字化处理成0和1信号并以数字记录的方式通过磁鼓螺旋扫描记录在6.35 mm 宽的金属视频录像带上，视频信号的转换和记录都是以数字的形式存储，从而提高了录制图像的清晰度，使图像质量达到水平分解力500线以上。

同时，新的摄像存储媒体产生了，主要有三种：硬盘、光盘及半导体固体存储器。三种存储媒体并驾齐驱，它们都有一个共同的特点，就是记录的视音频都是以文件格式存储的，拷贝复制非常便利，而且指标不会失真。进入21世纪第二个十年 ，这三种存储媒体已逐渐成为摄像机最主要的存储方式。

随着数字化的迅猛发展，以数字系统为基础的制作环境将图像、声音及相关信息统一作为数字数据处理，这使得电视节目制作的流程全数字化，摄像机数字化是电视制作系统数字化的必然，网络化使摄像机小型化、便捷化、家庭化、普及化成为一种趋势。