PDF《高清光学器材》

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com 2006年5月2作者:LARRY THORPE 与通向高清新闻采集的 多种途径 高清光学器材 在 向数字电视大规模过渡 的过程中,全国各大广 播公司都在探索迁移到 高清新闻采集的各种可能性.在 此过程中,广播公司形成了两大 思想阵营: 在短期内全面过渡到高清格式,包括将新闻演播室和相关基 础设施转换到全高清制作,并为 所有现场新闻制作组配备高清设 备.在多数情况下,还要同时转 到无磁带的非线性信息化系统. ? 速度缓慢的过渡,包括将新闻 演播室转换到全高清制作,但现 场新闻制作组暂时仍拍摄宽屏数 字标清节目,以后再向上转换到 所选的高清格式.通常预计采取 另一种方式,即向下转换到高清 新闻采集的方式. 没有免费的午餐 第二种方式所面临的唯一挑 战就是如何将向上转换的现场拍 摄的宽屏标清素材与高清新闻演 ? 播室纯净、清晰的节目完美地整 合到一起.最重要的一点是要了 解:向上转换处理并不能增加原 始标清图像的锐度.这种处理最 多可以实现以下两点: 消除标清信号的线性载波成份,这种成份会清除图像信号, 特别是在近距离观看时. 将16:9标清视频信号转换成16:9 高清视频信号,使两者可以无缝 地集成到高清转换器、编辑系统 等. ? ? broadcastengineering.com 2006年5月 高清光学器材

4 图1 当代2/3英寸高清镜头典型的MTF曲线(在图像中心测量)和大致的空间频率范围. 图2 高清镜头分别将图像成像到2/3英寸标清CCD上(尼奎斯特频率为550TVL/ph)和2/3英寸高清CCD上(尼奎斯特频率为1080TVL/ph). 1080/60i高清 频带边缘 图像锐度 图像纹理 分辨率 MTF 百分比 ( 对比度 ) LP/mm (以每毫米线对数表示的空间频率) 高清镜头 MTF 百分比 CCD 水平 MTF 百分比 基本锐度 图像纹理 980线标清CCD MTF曲线 1920线高清CCD MTF曲线 2/3英寸 通过制定详细的计划(及一些 操作培训),可将向上转换的16:9 数字标清素材良好地集成到整个 高清新闻节目中. 向上转换标清新闻素材 亟待解决的是将向上转换的 新闻制作组拍摄的标清图像与演 播室中制作的高清摄像机节目在 视觉上完美地融合.这种视觉融 合涉及到图像的多个方面,包括 图像锐度、对比度、色调再现和 色彩还原.通过精心的规划,除 了图像锐度外,各方面的融合可 以达到十分完美的程度. 现场标清视频采集必须尽可 能达到最佳水平.有多项关键因 素需要考虑: 使用最好的镜头,而且应该是 高清镜头. 在现场采集系统中使用4:2:2数 字标清记录格式. 使用最佳的摄像机设置,加速 实现高质量的向上转换(特别是对 ? ? ? 摄像机细节增强系统的设置有重 要影响). 了解取景构图的规则,以拍摄 良好的向上转换素材. 使用优质的向上转换系统. 要依次考虑这些因素: 镜头.在较大高清屏幕上,图 像边缘和图像中心的锐度都很容 易评估.有一点非常重要,标清 摄录一体机上使用的镜头,其调 制传递函数(MTF)分布从图像中 心到图像边缘要尽可能均匀. 16:9标清摄像机应该使用高清 镜头.高清镜头可以提高标清视 频的MTF特性.还可以改善MTF 在整个图像平面上的平坦度.高 清镜头还可以优化包括光学对比 度在内的多种图像参数.图像锐 度和对比度密切相关.高清镜头 可保证标清摄像机实现最佳的拍 摄性能. 采用4:2:2数字记录格式.标清 摄录一体机应该为全带宽的4:2:2 格式.幸运的是,有多种磁带式 和无磁带式数字ENG摄录一体机 可以选择.需要获得全部的原始 色彩细节,以保证向上转换的视 频具有尽可能丰富的细节信息. 摄像机设置.要尽量减少细节 增强功能的使用.我们在NTSC时 代形成的直觉是使用大量的增强 功能来克服模拟系统分辨率的限 制.然而,标清作为一种分量数 字系统,本身就具有较高的分辨 率.当过渡中没有过冲或混叠(特 别是垂直混叠)最小时,向上转换 处理效果最好. 构图规则.这是最关键的因素.图像锐度的再现很大程度上 取决于图像内容,镜头是最大的 决定因素.我们无法直观预测向 上转换的优化效果.因为此过程 ? ? ? ? ? ? broadcastengineering.com 2006年5月 高清光学器材

6 图3 标清5.75MHz频带限制滤波器过滤掉图像中的纹理细节. 图4 与图3比较可以看出增加镜头的焦距可以降低给定场景的空间频率范围. 高清镜头 MTF 百分比 CCD 水平 MTF 百分比 基本 锐度 图像 纹理 980线标清CCD MTF曲线 1920线高清CCD MTF曲线 2/3英寸 30MHz的SMPTE 274M滤波器 5.75MHz的Rec 601滤波器 高清镜头 MTF 百分比 CCD 水平 MTF 百分比 基本 锐度 图像 纹理 980线标清CCD MTF曲线 1920线高清CCD MTF曲线 2/3英寸 30MHz的SMPTE 274M滤波器 5.75MHz的Rec 601M滤波器 涉及过多的变量.只有通过测试 才能了解向上转换的边界. 向上转换系统.过去五年来, 数字向上转换处理取得了极大的 进展,我们研究出一些先进的技 术.测试是确定某种图像类型最 适合的向上转换系统的最佳方法. 现在,我们来介绍光学器件 的作用. 图像锐度回顾 在本系列

第二篇文章中,我 们介绍了图像锐度的相关主题. 在一定距离上(对于标清屏幕通常 为图像高度的6到7倍)观看,视觉 所感受的电视屏幕锐度与其对应 MTF曲线下方区域的面积的平方 成正比.该面积表示的是镜头MTF与摄像机MTF的乘积.这种 关系实际上表明,人类眼脑系统 所感受到的图像边缘的锐度主要 是由较低的空间频率决定的.而 较高的空间频率则是通过控制重 要的纹理信息,以增加所描绘图 像的真实感,进而增强图像锐度.纹理通常是与人类面部(眼眉、皮肤纹理等)、服装纹理(毛料、丝绸等)、自然物(玻璃、树?叶、灌木等)及材料(木头、砖、 水泥等)等相关的低振幅、高频率 的细节信息. 高清镜头的MTF特性是基本 图像锐度和相关图像纹理的映射 (参见4页上的图1). 一台优质的标清摄像机和4:2:2数字录像机可以制作正常观 看条件下(距离标清屏幕6到7倍的 图像高度位置处)高质量的图像. 当代水平超级采样(约1000线)标清2/3英寸CCD图像传感器,与高 性能镜头和4:2:2的10位数字录像 机配合,可以忠实再现边缘锐度.但是,所再现的图像仍然缺 少细腻的纹理细节.纹理对观察 者所感受到的锐度有重要影响. 头发细节就是一个明显的例子. 面部皮肤的细节则能更好地说明 该问题――在高清图像上可以分 辨,但在标清图像上则少了很多 (或者完全没有).在高清图像中 服装的纹理也可完美地再现,然而在标清图像中通常会明显减少,甚至完全丧失. 用镜头拍摄场景时,基本的 边缘锐度在光学上解析为0LP/mm 到约40LP/mm空间频率范围.而 面部和服装的纹理细........