摄像机变焦距镜头的技术特点及其运用new

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1、No.6/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术视频技术摄像机变焦距镜头的技术特点及其运用华南师范大学　刘毓敏对应于不同的焦距f,为使成像面固定不变,两个1.摄像机镜头的结构和变焦原理透镜于成像面的相对距离应按图中的曲线规律改变。目前,彩色摄像机都采用焦距能在相当大范围若固定凸透镜位置,只移动凹透镜来改变d,从而内连续可变的变焦距镜头。图1是电视摄像变焦距改变合成焦距,则成像面的位置必将有移动。此时,镜头的典型结构,由图可见,它主要由调焦组、变只要再加入第三个可移动的透镜,并在上述透

2、镜作焦组、补偿组、移相组等多种光学透镜组构成,每变焦距移动时对其位置进行相应调整,就又能使成个透镜组又由多片不同曲率、不同材料的透镜组成,像面位置不变。其目的是校正镜头系统的像差和色差。在图2中,调整调焦组的位置,可使任意物距的被摄物清晰成像于成像面位置;移动变焦组位置来改变它与调焦组之间的距离,可实现镜头焦距的连续变化,使成像尺寸任意调整,但同时成像面位置也将移动。为了补偿成像面的这一位移,可使补偿组相对于调焦组的位置改变。结果,被摄物经过图1　摄像机变焦距镜头的典型结构三个透镜后,将永远成像在固定的成像面位置上。根

3、据几何光学,将两块焦距分别为f1和f2透镜,值得注意的是,图中的移像组的作用是将成像面位以距离d并行排列,组合成焦距为f的复合透镜,置右移一段距离,以便在镜头与摄像器件之间有足111d则有如下关系:=+-,可见,改变两个够的位置安装分色棱镜。对于单片摄像机,无需移ff1f2f1f2透镜间距d就能改变合成焦距f。变焦距镜头就是根像组。据这个原理设计的。下面用一个简单例子来说明:2.摄像机变焦距镜头造型特点及其运用图2说明了由一个凸透镜(f1=1)和一个凹透镜(f2=-1)组成的复合透镜,其焦距f(相对值)随(1)变焦距镜

4、头的成像特点及其运用两透镜间距d而变化的关系,即为了获得不同的合从图1可见,虽然摄像机变焦距镜头由各种凸成焦距,两个透镜与成像面应保持的相对距离关系。透镜和凹透镜构成,但整个镜头可等效为一个凸透镜(一个焦距可变的凸透镜)。若分别用f、u和v表示凸透镜焦距、物距和像距,则有:111+=uvf透镜放大倍数为K可表示为:vK=u图2　合成焦距与两个透镜位置的关系—34—©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

5、//www.cnki.netNo.6/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术视频技术1由上述两式便有:K=,即当物距uu()-1f固定时,通过改变f,也能使图像尺寸变化。另外,当镜头拍摄景物时,有一定视野,可用视场角来描述。镜头的视场角是指镜头对景物边缘的最大张角,记作2ω。它与镜头的成像尺寸H、焦距f有如下关系:Hω=arctan2f若式中H为成像面高度或宽度,则可算出对应于镜头在垂直方向或水平方向的视场角ω。该式表明,在成像面不变的情况下,所拍摄景物的视场角将随镜头的焦距而变化,

6、f图3　视场角与镜头焦距的关系画面的视野(注意比较人物身后的背景范围的差↑→ω↓,反之f↓→ω↑。异)。由此可见,摄像机变焦距镜头的焦距可通过调û镜头的焦距与景深成反比,即焦距越短,景节机构简便地连续改变,从而可以改变视场角,获深越大,焦距越长景深越小。图4是CanonMV20i得不同景物范围的光学图像。采用不同焦距进行拍型分别用长焦和短焦拍摄时,所拍得画面的景深摄,所得画面的特征如下:(注意比较背景的清晰程度)。û画面中物像的大小与镜头焦距成正比,即焦当然,除了镜头焦距外,景深还与其它因素有距越长,在同一拍摄距离所拍

7、得的景物的像越大;关,这主要有两方面的因素:一是,景深与镜头光焦距越短,景物的像越小。因此,当不改变拍摄距圈成反比:光圈越大,景深越小;光圈越小,景深离拍摄特写镜头时,应当使用长焦距镜头;而拍摄越大。二是,景深与物距成正比:摄像机位越远,全景或远景时,则应用中、短焦距镜头。另一方面,通过连续改变变焦距镜头的焦距,可获得推拉镜头的画面造型效果:焦距不断由短而长地改变时,所拍得的被摄主体的影像不断由小变大,可获得如同推镜头那样的由整体而局部、层层深入、突出重点细节的造型效果;焦距不断由长而短地改变时,所拍摄得到的被摄主体的

8、影像不断由大变小,可获得如同拉镜头那样的由局部而整体而环境、逐步展开、富有层次的造型效果。û视场角与镜头焦距成反比,即焦距越长,所拍摄画面涵括的景物范围(即视野)越窄;焦距越短,所拍摄画面涵括的景物范围(即视野)越宽。图3(a)是CanonMV20i型MiniDV摄录像机的视场角随其镜头焦距(4.1mm～49.2mm)的变化范围;