早期的黑白摄像机，光线经过镜头处理后可以直接进入成像的电子装置。但是我们现在使用的都是彩色摄像机，因此，光线经过镜头后还要经过光学分光系统，才能进入电子成像装置。我们把分光与电子成像部分称为光电转换系统。
1.分光装置
为了把光信号转变为电子信号，彩色摄像机是把光分为三原色（红、绿、蓝）的三束光线来处理的。摄像机处理三种颜色光束的装置有：分色镜系统、分光棱镜和条纹滤光镜。
（1）分色镜系统。它能够把通过镜头的光线分离成三原色，进入成像装置。但是在分离过程中，光线要经过多次透射、折射与过滤，信号衰减较为严重，且分色镜系统体积较大，容易损坏，现在使用较少。分色镜系统示意如图2-8所示。
图2-8 分色镜系统示意（彩图见彩插）
（2）分光棱镜。它主要有三块棱镜组成，每块棱镜都有特殊的粉色层和色彩修正滤光镜，可以将透过镜头的光线分离为三原色，且光线损耗比分色镜系统小，常用在高质量摄像机中。分光棱镜示意如图2-9所示。
当被摄物上的反射光进入镜头，到达分光棱镜时，由于棱镜上覆盖有一系列的二色性滤光片，色彩光线通过该棱镜后便被分解为红、绿、蓝三色，然后将这三种色光分别照射到相应的CCD上（如果是模拟摄像机，则是射到相应的摄像管上）。这样，对每一种色彩，我们就可以得到一个独立的信号，可以对它们分别进行处理。如果我们只对红色的信号进行输出和播放，那我们看到的图像就只是红色的。同样，如果只处理和输出绿色或蓝色信号，则画面就是绿色或蓝色的。因此，这三路信号分别被叫作红路信号、绿路信号和蓝路信号。在比较好的摄录设备中，这三路信号被分别处理和传输，有自己独立的传感器和处理电路，这样保证了每一种信号的细致控制，既有利于色彩的准确还原，又可以让制作者进行主观的发挥，让画面偏向自己所需要的色彩。正常播放时，这三路信号合在一起，构成所谓的全色图像信号。
（3）条纹滤光镜。它是一种栅格状滤镜，可把输入的光线分成三原色，然后将三原色的每一个图像都作为独立的视频信号加以处理。条纹滤光镜示意如图2-10所示。
与专业摄像机采用棱镜系统不同，采用单片机的家用摄像机一般都是采用条纹滤光镜来分解色光。该滤色镜处于CCD的前面，由红、绿、蓝三色滤光材料制成的细条纹组成。光线通过它虽然也可以分为红、绿、蓝三色，从而得到三路不同的信号，但图像质量有所减低，对色彩的独立控制也不易进行，相应的制作成本也大大降低，所以一般在家用摄像机中使用比较多。
图2-9 分光棱镜示意（彩图见彩插）
图2-10 条纹滤光镜示意（彩图见彩插）
2.成像装置
通过分光系统的图像信号是以光信号的方式存在的，对之进行记录和传输显然是非常困难的。如果要进行记录，将之转变为更方便处理和存储的信号显然是非常必要的。于是，光电转换器件应运而生。根据使用的材料不同，我们可以把主要的光电转换器件分为三大类，即摄像管、CCD和CMOS。(www.xing528.com)
（1）摄像管。光线透过镜头成像到摄像管的光电靶上，光电靶表面受光导电，使得投射的不同光量产生“电荷图案”。摄像管后面的电子枪发射电子自上而下、自左至右扫描靶面上的图像，形成不同强度的电流，产生视频信号。摄像管成像原理示意如图2-11所示。
图2-11 摄像管成像原理示意
（2）CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件。摄像管曾有过辉煌的历史，但在20世纪80年代之后，以CCD为代表的摄像器件进入实用阶段，这种摄像器件无须电子束的扫描就能实现光电转换，而且在体积、重量、功耗等性能方面都明显优于摄像管。所以，目前CCD摄像机已基本取代了摄像管摄像机。CCD如图2-12所示。
CCD作为一种光电半导体材料，其最基本的作用就是将能量以光的形态转变为电的形态。CCD成像区由大量光敏元件组成，当光学图像照射到CCD上时，这些光敏元件产生电荷从而形成图像电荷，这些电荷叫做像素。每个像素都有一定的亮度和色彩，将这些像素一行行扫描成序列，得到整个扫描图案并将其保存到存储区形成视频信号。摄像时，外界的光学景物通过摄像机的光学镜头成像于CCD 的感光面上，形成图像信号输出到外电路。
（3）CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）即互补性氧化金属半导体。它和CCD的工作原理几乎相同，只是它们集成到了不同的半导体上，而CCD的制造工艺相对复杂，因此价格较高。在成像方面，相同像素数的CCD和CMOS相比，CCD成像通透性、锐度要好，色彩还原、曝光更加准确，因此专业的摄像设备多采用CCD作为成像器件，而CMOS则更多出现在民用产品上。CMOS如图2-13所示。
图2-12 CCD
图2-13 CMOS
3.信号的转移和读出
上面介绍的光电转换得到的电荷包仅仅是一个像素的情况，而一幅图片显然不止一个像素，在CCD上有多少个像素就有多少个这样的电荷包。作为动态的电视画面来说，这样的电荷包还必须随时间的推进不断地产生。如此众多的电荷包是如何从CCD 转移和读出的呢？一般来说，常见的电荷读出方式有IT式（即行间转移）、FT式（即帧间转移）和FIT式（即帧-行间转移）三种。
这三种方式当中，由于行间转移和帧间转移方式都容易出现白色的拖尾，现代高级摄像机一般都采用了两者的结合和改进型FIT式读出电荷。但为了保证叙述的简便和清晰，这里只给大家介绍FT式的具体工作过程。
帧间转移方式工作的基本过程是：场正程期间，感光区形成以电荷包形式存在的电子图像；场逆程期间，全部电荷包从感光区转移到存储区，并存储在那里；在下一个场正程期间，感光区产生新的电子图像，而存储区则将上一场的电荷包逐行转移到水平移位寄存器中。接下来的过程与行间转移式CCD相同，在行逆程期间向水平移位寄存器转移一行电荷包；在行正程期间，电荷包从水平移位寄存器移出，形成电信号。
至此，我们似乎对CCD如何将光信号转变为电信号、又是如何读出的已经比较了解了。但实际上对其读出方式，我们还必须进一步补充。通过前面的分析我们知道，CCD 每时每刻产生的数据量都是非常大的，如果要按刚才介绍的帧间转移方式那样一行一行地读出的话，处理起来可能就有点困难。举例来说，一帧图像是连续扫描625行组成的，每秒钟共扫描50帧图像，即帧扫描频率为50帧/秒，或写成50Hz，行扫描频率为31.25 kHz。逐行扫描方法使信号的频谱及传送该信号的信道带宽必须达到很高的要求。如何解决这个问题，人们想出了把一幅625 行图像分成两场来扫的方法。第一场称为奇数场，只扫描625行的奇数行（依次扫描）；而第二场（偶数场）只扫描625行的偶数行（依次扫描）。通过两场扫描完成原来一帧图像扫描的行数，这就是隔行扫描。每一场只扫描了312.5行，而每秒钟只要扫描25 帧图像就可以了，故每秒钟共扫描50场（奇数场与偶数场各25场），即隔行扫描时帧频为25 Hz、场频为50 Hz，而行扫描频率为15.625 kHz。
隔行扫描的行扫描频率为逐行扫描时的一半，因而电视信号的频谱及传送该信号的信道带宽亦为逐行扫描的一半。这样采用了隔行扫描后，在图像质量下降不多的情况下信道利用率提高了一倍。由于通道带宽的减小，使系统及设备的复杂性与成本也相应减少，这就是为什么世界上早期的电视制式均采用隔行扫描的原因。但隔行扫描也会带来许多缺点，如会产生行间闪烁效应、出现并行现象及出现垂直边沿锯齿化现象等问题。所以为了得到高品质的图像质量，逐行扫描已成为数字电视扫描的优选方案。
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