第4单元-电视摄像技术-光学镜头的造型特性

电视摄像技术第一篇·工欲善其事，必先利其器光学镜头的造型特性一、镜头的光学特性摄像机镜头构成：是由多片光学透镜、光圈和镜筒组成。与照相机镜头相比，在镜头右边多了一个摄像握手，里面有电机，在握手上有对镜头电机进行控制的多个按钮。镜头的作用：形成光学图像镜头的光学特性是指由其光学结构所形成的物理性能。任何一个光学镜头的主要光学特性可由三个参数表示:即光学镜头的焦距、视场角和相对孔径。一、焦距平行的直射光线穿过透镜后在另一边的光轴上汇聚成一点，这个点就称为焦点。从焦点至镜头中心的距离即为该镜头的焦距，镜头焦距的单位是毫米(mm)，如8mm镜头、25mm镜头、80mm镜头。摄像机的光电靶就处于焦平面上。按照镜头焦距的长短，摄像机镜头可以分为标准镜头、长焦距镜头和短焦距镜头(广角镜头)。标准镜头的长短与摄像管光电靶面上的成像面积的对角线长度相同。专业电视摄像机光电靶面成像面积为15x20mm2，因此电视摄像机的标准镜头焦距通常为25mm;焦距长度大于像平面对角线的镜头，称为长焦距镜头,如80mm;焦距长度小于像平面对角线的镜头,称为短焦距镜头或广角镜头,如8mm镜头。通过调节镜头内部镜头组，使焦距发生变化的镜头，称为变焦距镜头。利用摄像机拍摄时，如果拍摄距离不变，镜头焦距愈长，拍摄到的景物范围越小，景物在画面中的面积越人;镜头焦距愈短，拍摄到的景物范围越大，景物在画而中的面积越小。在电视摄像操作时，调焦是最基本的一项操作技术。通过调节镜头上的调焦环，使被摄物体的影像落在焦平而上，形成清晰的画面。二、视场角镜头的视场角是用来表现摄像机镜头视场大小的参数，决定了能在感光器件上良好成像的空间范围。视场角的大小约为成像面边缘与镜头光心形成的夹角。光学镜头的视场角受镜头成像面尺寸和镜头焦距两个因素的制约。在电视摄像制作中，直接影响视场角的是镜头焦距。CCD器件在拍摄时如果需要改变视场角的大小，一般只能通过改变镜头焦距的镜头来实现。在成像面尺寸不变、拍摄距离相对固定的情况下：对象在画面中的成像面积大小和背景范围，镜头焦距越长、视场角越小，摄像机镜头在焦平面上所能拍摄的清晰影像的范围越小;镜头焦距越短、视场角越大，摄像机镜头在焦平面上所能拍摄的清晰影像的范围越大。摄像机在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄时，使用不同焦距的镜头会改变其透视关系。广角镜头的焦距一般都小于25mm。视场角一般处在600一1300之间。1300以上到2300之间的镜头被称为超广角镜头.鱼眼镜头也是广角镜头的一种，但由于夸大了光学镜头变形，具有普通广角镜头不具备的画面特性。三、相对孔径与光圈系数镜头的相对孔径是指镜头的入射光孔直径与焦距之比，说明镜头接纳光线的多少，决定摄像机的光电靶光照度和分辨率的重要因素。光圈是通过一组叶片调节镜头通光孔的大小，从而控制进人镜头的光通量，控制焦平而的光照度。相对孔径的倒数被称为光圈系数。焦平面照度和通光孔的面积大小成正比，即与相对孔径的平方成正比。因此摄像机的镜头光圈系数以根号2的倍率递进，如1.4,2.2.8，4,5.6,8,11,16,22等。在快门不变的情况下光圈系数相差一档，摄像机镜头的光通量变化一倍，曝光量相差一级，如将光圈从4调到5.6时，镜头光通量减少到原来的一半，曝光量减少一级。对摄像机镜头进行光圈选择，虽然表现为曝光控制这个技术问题，但仍然需要摄像师积极思考。现在的摄像机通常都有手动光圈和自动光圈两种控制方式。自动光圈是摄像机根据出厂设置，对画面自动测光，并使整个画面亮度尽童保持在中灰亮度.完全是机械的、技术性的。若需要实现特殊的、有意识的艺术创作和光影表现，摄像师必须使用手动光圈。面对复杂的光线环境必须采取手动光圈。例如在大反差环境下，特别是主体与背景亮度差别过大，摄像机会出现曝光不准:主体亮背景暗时会曝光过度;主体暗背景亮时会曝光不足。在光影流动的现场，采用自动光圈，摄像机会随着外界光线的变化自动调节光圈，使得画面明暗闪烁，影响观众观看。在暗背景前的自动光圈效果(A)与手动光圈效果(A)景深景深是指摄像机在拍摄时，能获得清晰影像的前后范围，在景深范围之内的影像都是清晰的，在景深范围之外的影像都是不清晰的虚像。景深范围受到光圈、焦距和拍摄距离的直接影响，在拍摄时。当摄影镜头的焦距和物距不变时，光圈愈小（即光圈系数愈大），所摄画面的景深愈大，前后景深范围也就愈大；反之，光圈愈大（即光圈系数愈小），景深则愈小，前后景深的范围也就愈小。当摄影镜头的光圈和焦距不变时，物距越远，所摄画面的景深越大，前后景深的范围也就越大；反之，物距越近，景深则越小，前后景深的范围也就越小。二、定焦距镜头一、标准镜头标准镜头主要是由两个方面的因素决定的。一是镜头焦距与像平面对角线长度的比值，当焦距近似等于像平面对角线长度时，则该镜头为摄像机的标准镜头。二是以人眼正常情况下观看物体的视角为依据，观看物体时，一般人眼观看物体的有效水平视场角为400-600，因此我们把视场角为500的镜头称为标准镜头。摄像机的标准镜头焦距为25mm。二、长焦镜头长焦距镜头又称为望远镜头、窄角镜头等，是指焦距大于25mm、视场角小于400的镜头。对摄像机的长焦部分是指焦距大于25mm的部分,如焦距为40mm,80mm,120mm时的部分。1、长焦距镜头的光学特点视角窄与标准镜头相比，长焦距镜头视场角窄。镜头焦距越长，视角越窄。由于摄像机镜头受到最近拍摄距离的限制，即在近于某一点时，无法调准焦距。因此在拍摄特近物体或细小物体时，摄像师通常使用长焦镜头，可以拍到较大的画面影像。景深小在相同拍摄距离上使用相同光圈拍摄时，长焦距拍摄的画面景深比标准镜头拍摄的小。景深受光圈、拍摄距离和镜头焦距三个因素的综合影响。在光圈值、拍摄距离不变的情况下焦距越长景深越小。

当光圈值为F4、拍摄距离为6m时，各种焦距镜头的景深压缩现实纵向空间由于光学特点，长焦距镜头能够明显压缩纵深方向的现实空间，画面的纵深感和空间感减弱，使画面上呈现出的镜头前纵深方向上的景物与景物之间的距离减小。长焦镜头的这种特性使纵深上的多层次景物有前后重叠、彼此更为接近的感觉。

2.长焦距镜头的作用（1）远距离拍摄被摄主体，并且不影响被摄主体，具有自然、真实的画面效果①被摄对象排斥摄像记者。②某些被摄人物由于接受采访的机会不多或由于性格原因面对近距离、正对自己的摄像机镜头时，会过度紧张，下意识地表现出眼神漂移或神态僵硬，甚至出现说话不连贯、语言表达不流畅的失常状态。③与被摄对象接近的范围和距离受到限制。(2)画而畸变及像差较小，适合表现被摄主体较小景别的画而，擅长对人物面部的描写长焦距镜头产生的畸变现象较轻微，能够较为准确而客观地还原出物体水平线条和垂直线条，同时稍微地压缩空间使人脸显得似乎更接近现实生活中人进行观看的习惯，一般不会出现对人物形象的丑化，能使被摄主体的脸部特征清晰、具有亲近感。

(3)拉近纵向景物之间的距离，使画面形象饱满、紧凑，有利于烘托环境气氛.例如：用长焦拍摄大街上熙熙攘攘的车流或人流，能体现一种拥挤热闹的气氛。(4)可以造成明显虚实结合的画面效果①可以利用固定焦点和小景深，形成被摄对象虚一实一虚的变化②虚化的空间由于视觉表现模糊，这种心理状态往往是摄像师的有力表现工具，摄像师可以用这种手法引导观众的注意力。③利用长焦距镜头创造虚焦点画面，即有意将被摄主体放在焦点之外，使被摄主体虚化。④可以用调整焦点的拍摄方法实现场景转换。分为虚出、虚入两种。(5)产生人眼不常见的画面效果，形成视觉冲击，进行艺术创作。(6)改变运动速度，调整观看节奏长焦距镜头在表现运动主体时，可以加强横向运动物体的动感、减弱纵向运动物体的动感。

3.长焦距镜头拍摄应注意的问题长焦距镜头的景深较小，因此在拍摄过程中焦点必须精确调焦。特别是当拍摄距离较近、光圈较大、画面反差较小时，这种现象更为明显由于长焦距镜头视场角窄，拍摄过程中摄像机的稍微颤动都将会引起画面的抖动

三、广角镜头凡是焦距比标准镜头短的镜头我们称为广角镜头。广角镜头又称短焦距镜头，它的视场角大于600。相对于摄像机上的变焦距镜头而言就是指焦距小于250的那一段镜头，如10mm,16mm镜头。广角镜头的水平视场角一般在600-1300之间，视场角在1300-2300称为超广角镜头。1.广角镜头的光学特性(1)视角宽(2)景深大广角镜头能够展现纵深方向上较大范围内的景物，即用广角镜头拍摄的画面能够清晰地展现处于相对较远距离上的不同层次的景物。(3)有较明显的光学畸变(4)空间透视感强

2.广角镜头的作用(1)有利于扩展空间，近距离表现大范围景物，可以展现被摄主体全景及其所处的环境(2)广角镜头景深大、拍摄范围广，可以对场景进行多层次的表现，增加画面的信息量(3)广角镜头拍摄范围广、景深大，可以快速调焦或取景(4)利用光学畸变和透视夸张的效果进行艺术化创作(5)改变被摄主体运动速度，调整运动节奏

(6)广角镜头便于肩扛拍摄，与长焦镜头比较，画面易于平稳，清晰度高3.广角镜头拍摄时应注意的问题(1)注意广角镜头的光学畸变和夸张透视的特点。拍摄人物有丑化效果。(2)广角镜头表现较为开阔的空间时，画平面上直线条都必须仔细经营。第三节变焦镜头变焦距镜头是一种可连续变换焦距的镜头，它由多组透镜组组成。变焦镜头的光学原理是通过镜筒的变焦环，移动活动镜片组，改变镜片组之间的距离，实现镜头焦距在较大幅度内的自由调节。调焦组：使一定距离的拍摄物清晰地成像在摄像器件上。变焦组：镜片的移动可改变镜头的焦距，即改变图像的放大率。一般变焦距镜头的变焦倍数可达12～22倍。补偿组：在变焦距时与变焦组镜片按一定规律同时移动，可保证成像面的位置不变，即保证变焦距时图像清晰度不变。固定组：（又称移像组）可将镜头的成像面后移一段距离，以便在镜头与摄像器件之间安装分光系统。固定组内还可以安装扩展镜（倍率镜），其作用是增大图像的放大率。专业摄像机镜头上有两种调节焦距的方式。一种是电动变焦，在按下变焦钮后，镜头在电机的驱动下平衡地变焦，按下的力量越大，变焦速度越快;另一种是用手动变焦，在这种状态下，镜头筒受到很小的阻尼，可以迅速地变焦，产生强烈的视觉效果。一、变焦镜头造型表现上的优势和作用1.变焦距镜头具有不同焦距定焦镜头的表现功能2.形成平稳的推拉效果3.电动变焦或手动变焦产生的景别变化、画面运动和画面节奏，可以调整观众的视线和