摄像机光圈的作用与控制技巧

摄像机光圈的作用与控制技巧1、了解光圈的作用光圈控制是摄像机的基本功能之一，摄像机所面对的景物亮度变化范围很大，因此要随时随地调整光圈，才能保证图像质量，否则就会破坏画面的彩色平衡，失去度层次的变化。景物重现的亮度不仅与本身特征有关，而且与照明光源的照度有关。由于摄像机中的CCD器件所能承受的明暗强度是有限的，而且这个限度远远小于自然界景物亮度和光线的变化范围。为适应不同的照明条件，在摄像机的变焦距镜头中装有限制入射光束大小的可变的圆形光阑（俗称光圈），通过改变光阑孔径控制进光量。光阑孔径越大，进光量越多，反之进光量越少。进光量的多少与孔径的面积成正比。此外，投射到CCD器件上的实际亮度还与镜头的焦距有关。在一定的照度下，焦距长则亮度低，焦距短则亮度高。通常用光圈的实际孔径与焦距之比来表示镜头的实际透光系数（即相对光圈，用F值的分数表示）。F值有F1.4、F2、F2.8、F4、F5.6、F8、F11、F16、F22，并按平方根的倍数递增，相应的光圈面积每档减少一半，进光量也减少一半，也就是说，摄像机镜头所成像的照度与光圈值的平方成反比，光圈值越小，照度越大，像就越亮。为满足F值的要求，变焦距镜头中就光圈与变焦距环是连动的，只要光圈F值相同，投射到CCD器件上的亮度就相等。此外，光圈也影响着景深的表现，光圈小景深范围大，光圈大景深范围小。由于有了一系列的光圈值控制着镜头的进光量，因此摄像机能在亮度变化较大的范围内灵活选择和正常工作。2、调整原理及方法摄像机有自动光圈和手动光圈两种控制方式。自动光圈的基本原理是：根据被摄景物的照度，利用视频信号的反馈，使光圈作相应的扩大或缩小，保持合适的进光量，从而得到规定的输出信号强度，使摄像机视频信号的白色电平保持在规定的数值上。当所摄取的景物照度大时，摄像机的视频信号幅度随之增大，若超过规定的信号电平，自动光圈电路将产生相应的电压去控制镜头光圈，使其关小，直至视频信号输出幅度符合要求为止；若景物照度变低，自动光圈电路将调整光圈使其开大，增加视频信号的输出幅度。被摄取的光像通过分色棱镜成为红、绿、蓝三个基色光，经各自的CCD器件转换为基色信号，通过信号处理电路后，将红、绿、蓝三个视频信号同时送入非相加电路，选其电平最大值作为自动光圈控制的输入视频信号，然后送到检测电路，利用峰值检波或平均值检波测其最大幅度或平均值，并转换成相应的直流电压（因拍摄环境千变万化，检测电路的输出多数采用以平均值为主，峰值为辅的折中值），最后送往比较电路，将检测电路输出的直流电压与基准电压进行比较，用其误差信号来控制光圈的电动机进行光圈调整。若高于基准电压，误差信号为负，使光圈关小，直至误差值为零；反之，误差信号为正，光圈变大，从而使视频信号保持在预定的标准电平上。目前，专业级或广播级的摄像机采用自动光圈调整和手动光圈调整以及即时自动光圈调整等控制方式，以处理不同条件下的景物亮度变化。自动光圈调整是将光圈选择开关置于自动（A）处，摄像机则根据被摄景物的亮度及时跟踪，自动调整光圈，控制镜头的进光量，避免图像的亮处失去灰度层次和破坏彩色平衡，能适应一般条件下的景物亮度变化。手动光圈调整是将光圈选择开关置于手动（M）处，并根据画面的需要调整光圈环，对于逆光、亮度突变、对比度极强以及画面要求特殊效果等情况，能获得较好的效果。即时自动光圈调整是将光圈选择开关置于手动（M）处时，持续按下即时自动光圈调整钮，光圈将临时性地切换成自动光圈调整方式，利用自动光圈调整电路检测被测景物的亮度变化来调整光圈，松开按钮后返回手动状态，光圈将固定在被调整好的数值上。3、调整技巧光圈的调整是摄像人员在拍摄过程中的一项基本操作。摄像人员肩扛摄像机，右手操作变焦和录制开关，左手调整聚焦环，既要对焦又要构图，在难以顾及环境亮度的变化情况下进行实地拍摄。由于拍摄环境和条件的复杂性，摄像人员往往采用自动光圈控制方式来处理被摄景物的亮度变化。特殊条件下自动光圈调整技巧自动光圈不需要事先进行测光来调整光圈，解决了摄像人员在拍摄过程中难以随时把握环境亮度变化而及时调整光圈的矛盾，有助于集中精力寻找拍摄角度。特别是对于不同亮度的景物进行缓慢的推、拉、摇、移等技巧性拍摄时，能根据被摄景物的亮度变化自动调整光圈；对于人物的特写或者反差不大的景物进行顺光、侧光或逆光拍摄时，能获得曝光质量很好的画面效果。但是，自动光圈调整电路是根据一般的拍摄条件来确定视频信号平均值检测和峰值检测的折中值。在实际使用中，因受设备条件和工作环境的限制，两者的比值不能随意调整，而且它不能检测前景与背景亮度反差的面积比（即在同一画面中亮度高的面积与亮度低的面积之比）。在同样亮度反差的环境下，若面积比不同，光圈的调整也不同，所以自动光圈很难适应同一画面中出现亮度反差过大的情况。在被摄主体亮度低而周围景物亮度高的环境下，若使用自动光圈进行拍摄，主体将曝光不足，色彩损失。例如，拍摄以阴天为背影的树木，由于天空的亮度很高，树木的亮度很低，因而树木严重曝光不足，色彩损失殆尽而变黑，绿色的树木将是黑白图像。在被摄主体亮度高而周围景物亮度低（如舞台上演员的亮度比背景的亮度通常高出3～4倍）的环境下，则主体曝光过度，色彩损失殆尽而变白。在运用推、拉、摇、移等技巧拍摄平均亮度不一致的景物时，光圈将随着景物的亮度变化而作相应的扩大或缩小，使画面的亮度不断变化，造成忽明忽暗的效果。例如，镜头从室外转向室内，画面将出现先暗一下再重新亮起来的现象；在拍摄谈话场面过程中，若一个穿着白色服装的人进入，光圈就会缩小，好像环境中的亮度突然下降，从而影响画面的艺术效果。由此可见，自动光圈不适应在任何环境下使用，它存在以下不足：①因为是以平均亮度来控制光圈，所以当拍摄高反差的景物或进行逆光拍摄时，会有一部分景物明显曝光不足，画面的色调层次受到破坏；②当表现运动的情景时，由于某些浅色物体的移动会使光圈忽大忽小，画面的亮度不能达到稳定状态；③由于是利用反馈信号进行比较放大再通过驱动电机来改变光圈的大小，因此当景物的亮度发生变化时，光圈也随之改变，这个变化过程影响了艺术的表现效果。所以，近期生产的摄像机采取如下方法来提高拍摄图像的质量。（1）设立自动光圈检测窗口。在自动光圈检测电路之前加入有关检测窗口，即仅检测窗口以内的视频信号的平均值或峰值，而忽略窗口以外的景物，有利于提高逆光拍摄的图像质量。但在拍摄运动的明亮物体时，若主体进出检测窗口的瞬间，会使窗口区域的亮度发生变化，造成光圈的改变，从而导致画面的亮度也出现较大的变化。（2）增加逆光和聚光功能。在复杂的环境下，摄像人员难以掌握好手动光圈的调整技术，有些摄像机增加了逆光和聚光的自动光圈补偿功能。在背景明亮的逆光环境拍摄时，按下逆光补偿钮，光圈将在自动光圈的基础上加大一档左右。在高亮度的聚光灯前拍摄时，按下聚光补偿钮，就能得到亮度电平减少的图像，以免亮度过强而出现白热化的效果。（3）附加自动光圈微调功能。演播厅中使用的摄像设备常具有自动光圈微调功能。在自动光圈的基础上，通过选择视频峰值和平均值的比例，用遥控单元进行光圈调整，有助于提高图像质量，但这只能在拍摄在条件和工作性质允许的情况下使用。特殊条件下手动光圈调整技巧：在特殊条件下拍摄要求较高的电视节目时，大多数采用手动光圈并根据实践经验来调整光圈。为使明暗变化降低到不易察觉的范围，通常采用以下几种方法确定光圈值。（1）自动确定法：确定机位、对焦并进行画面构图。先采用自动光圈方式，光圈将根据景物的平均亮度进行检测，并停留在一相应的F值上，然后将光圈方式选择开关拔至手动位置再进行拍摄，光圈将不再随着景物的明暗发生变化。笔者在获全国党员电教片红星二等奖的专题片《无悔的选择》中拍摄群众看望主人翁的场景时，采用这种方法进行拍摄，避免因人物来往行走所引起的亮度变化而影响画面质量。（2）折衷法：对于推、拉、摇、移等技巧性镜头，画面的内容通常是一段连续过程。先将自动光圈方式时起幅的光圈值与落幅的光圈值进行折衷处理，然后用手动光圈方式进行拍摄，此时起幅与落幅的画面质量略有下降，但画面的总体效果趋于一致。笔者在获全国党员电教片红星三等奖的专题片《闯海的学者》中摇拍海边椰林一景时，把光圈选择开关置于自动（A）处，测起幅时的光圈值为F11，落幅时为F5.6，用手动光圈方式将光圈值设在F8位置后进行拍摄，获得了较好的画面效果。（3）落幅为主：因为落幅画面通常是表现内容的归宿和小结，所以对于画面效果要求较高且有推、拉的技巧性镜头，应以落幅画面构图的平均亮度来确定光圈值，并采用手动光圈方式进行拍摄。笔者在四集电视系列片《特区先锋》中拍摄主人翁攻关科研项目的场景时，既要拍出人物所处的工作环境，又要表现人物的专注神态，运用推的技巧，并以脸部特写作为落幅来确定光圈值，获得了较好的表现效果。（4）人脸测量法：在自然环境中，无论光线的强弱，黄种人类的皮肤反光率约为70%，相当于景物中由明到暗亮度变化的中间等级。在拍摄人物的场景时，以这个中间灰度等级来确定光圈值，有利于暗部分画面的重现。先把光圈方式选择开关拔至自动（A）处，将人物的特写为依据，待光圈稳定后再拔至手动（M）处，然后进行拍摄。另外，在拍摄对比度极强的景物时，应充分利用摄像机所提供的斑马谱作为调整光圈的参考标准，以保证画面中有意义的部分曝光准确和色彩饱和.在强烈阳光下，拍摄突出前景而又需要背景模糊时，自动光圈方式会使光圈缩小，景深变大。为此，可在镜头前加入中性灰阻光片，使各个波长的光按相同的比例减弱，使进光量减少，光圈开大，减小景深。模拟拍摄的调整技巧：根据拍摄环境采用常规的方法调整光圈，能使景物的影调层次逼真地还原和重现，但有时为了方便组织拍摄，可以利用早晨、下午或者傍晚的时间来进行夜景的模拟拍摄。偏振镜具有减弱或消除偏振光的作用，因而可以用来控制和选择光线，削弱天空的强光，使其影调变暗，也就是说，利用偏振镜能在白天拍摄模拟夜景的画面。其方法是：在镜头的前方安装偏振镜，让镜头方向与太阳方位成90º角，偏振镜的偏振化方向（即允许通过的光振动的方向）的标记指向太阳，同时采用手动光圈控制进光量，以获得合适的画面亮度。（1）模拟月景。在太阳偏斜的下午进行逆光拍摄。确定机位、对焦和构图后，仔细旋转偏振镜，同时调整光圈，把景物的亮度压暗，使明与暗的色阶拉开，画面的前景成为黑色剪影，而远景的轮廓模糊，表现出“月夜朦胧”的效果。当太阳躲藏在薄云后面时，可烘托“月夜”的气氛。因为景物中的太阳所造成的强光部分已变成为由“月光”所造成的强光部分，所以画面有较强的自然感和真实感。笔者在专题片《在希望的田野耕耘希望》中拍摄主人翁晚上看望村民的场景时，就采用这种方法加以实现。（2）模拟夜景。在早晨和傍晚的时间进行拍摄。确定机位、对焦和构图后，调整偏振镜和光圈，然后将色温滤色片设于3200K，使画面的总体效果偏蓝。在早晨拍摄时，应尽量使场景处于深色的背景之中，如建筑物的阴影下等等；在傍晚拍摄时，应充分利用路灯和车灯作为“夜景”的陪体，同时控制好背景明暗区域的分布，以求达到近似的效果。在模拟拍摄的过程中还要注意，不能采用摇、移、跟等技巧性拍摄方式，否则光线与摄像机之间的夹角将发生变化，画面中天空的颜色将随之变化，从而影响视觉效果，同时要采用彩色监视器进行现场监视画面效果，并及时加以调整，就能够加深画面的意境。综上所述，在拍摄人物景观中，由于摄像机所面对的景物亮度变化范围很大，所有的视频信号都要通过放大和加工处理，因此在一定的动态范围内变化是不可避免的，它不可能从根本上解决画面出现平均亮度变化的问题。但只要掌握光圈控制的基本原则和应用技术，熟悉设备的功能，按照不同的情况灵活处理，就能够逼真地再现被摄景物，提高艺术的表现力，从而达到电视创作最理想的要求。