鱼竿水下摄像机的制作与实践
dmgy2012/01/31极客DIY IP:北京
体育节目是电视传播中一类形式较为特殊的节目形态。由于体育运动带有很强的竞技性,从而使体育节目在反映和表现内容方面带有明显的快节奏、超时空、多角度(甚至超常角度)和强烈的刺激性的特点。而跳水可以说是其中的一项最优美的水上运动,运动员在由跳台或跳板腾空完成各种难度的体操花样动作并以各种优美的姿势跃入水中。跳水运动充分展示了运动员空中的感觉及协调性,柔韧性,平衡感,时间感等素质。
近代竞技跳水是随着其他欧美体育一道在20世纪初传入我国的。1979年以来,我国选手在一系列重大比赛中取得优异成绩,现在中国、美国、俄罗斯、德国、加拿大已经被公认为世界跳水强国。
随着社会的进步,电视事业快速发展,人们已不再满足于在电视上只看到比赛双方的结果,而是对体育比赛有了更多的欣赏要求,这就需要赛事转播者必须在转播中更多地运用影视艺术的创作规律来丰富荧屏,使体育转播更加好看。凡是看过一些国际上经典体育大赛转播的人们都会有相同的感受,赛场上风云变幻,激动人心,荧屏上画面优美流畅,给人带来精神上的愉悦、振奋,而且总有很多令人回味无穷,难以忘记的精彩场面。运动会不仅是运动员比拼和交流的舞台,也是媒体新技术、新做法展示的舞台。
1988年以前的时候,水下镜头都是从游泳池外的水下观察廊窗户拍的,因为那时候,技术解决不了密封和小型化的问题。但是到了1992年巴塞罗那《第25届奥运会》,在游泳比赛中,第一次采用了安装在游泳池底部的遥控摄像机。摄像师采取遥控方式操作摄像机,使观众可以看到运动员在泳池内游泳的水下镜头,会给电视观众带来一种前所未有的强烈视觉冲击。
但是,水下摄像机也存在他的不足。首先是价格而昂贵,加上国外对我国高科技出口管制一直没有放松,水下摄像机也在其列,因此国内只有央视拥有此类设备。另外,该设备体积庞大,安装复杂。每次使用,需要工程师带上呼吸器下到水下,再在地上人员配合下才能安装。同时,由于摄像机安在池底,拍摄时是采用仰拍的角度,但是场馆灯光是从场馆上方照射下来,也就是相对摄像机来说是逆光,特别是对跳水项目,由于摄像机架设必须远离运动员,因此,运动员入水后到上岸的运动,只能拍摄倒运动员背影。
2000年悉尼奥运会又出现了鱼竿摄像机。所谓鱼竿摄像机,就是将微型摄像机装入密封装置中,安装到加长的手把前端,摄像师就像手持钓鱼的鱼竿一样将摄像机伸入水中拍摄。由于微型摄像机很轻,摄像师站在池边随时跟踪运动员的位置,非常机动灵活。当运动员入水后向池边游动时,摄像师迎着运功动员拍摄,正好拍到运动员游过来的正面镜头,填补了水下摄像机机位的不足。同时,还可以将鱼竿摄像机扬起随着运动员从三米板跳下将摄像机伸入水中,跟拍运动员从跳台到入水再到水下的全过程,可以拍到近似自由落体摄像机拍摄的效果。
2006年的世界跳水锦标赛将在常熟举行,为了向广大电视观众提供更好的转播效果,我们也尝试制作了一台鱼竿摄像机。
制作鱼竿摄像机,首先要考虑摄像机。
如果把摄像机比喻为人的眼睛,镜头就好比是眼球,它直接关系到监看物体的远近、范围和效果。镜头的选用应考虑以下几点:
1) 镜头尺寸应等于或大于摄像机CCD成像面尺寸。例如:1/3″CCD摄像机可选1/3″~1″CCD整个范围内的镜头,但水平视角的大小都是一样的。只是使用大于1/3″的镜头能够更多地利用成形,更精确了镜头中心光路,所以可提高图像质量和分辨率。
2) 选用合适的镜头焦距。焦距越大,所看距离越远,水平视角越小,可视范围越窄;焦距越小,所看距离越近,水平视角越大,可视范围越宽 。景深大,有利于把纵浓度大的被摄物,清晰地表现在画面上;视角大,有利于在狭窄的环境中,拍摄较广阔的场面;景深长,可使纵深景物的近大远小比例强烈,使画面透视感强
由于水的折射比空气大,电视摄像机的画面视角在水中要比在空气中窄四分之一,为空气中的四分之三。为了能在较广泛范围内观察被摄物体,水下电视的摄像机必须选择广角透镜。另外,透镜要求有尽可能高的透射率。
经过多次比较,我们选择了焦距2.8、f=1:1.3的镜头。它的视角水上约为97°,水下大于60°,假设与动员身高为1.7米,在水中处于横卧姿势,在他游到距摄像机1.5米处,镜头画面也能将运动员包全。
在不同使用环境下,怎样选购合适的摄像机,分辨率是衡量摄像机优劣的一个重要参数,指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时,在监视器上人眼能够看到的最大线数,当超过这一线数时,屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再分辨出黑白相间的线条。清晰度又分为水平分辨率度和垂直分辨率。同时,还要考虑到摄像机最低照度,也就是摄像机产生的亮度输出电平,是额定电平(700mv)的一半时,被摄物体的最小照度。
目前,CCD摄像机发展很快,由于CCD摄像机具有体积小、重量轻、功耗低,可靠性好,及光谱响应宽等优点,正被广泛地应用。
1. CCD尺寸,亦即监控摄像机靶面。原多为1/2英寸,现在1/3英寸的已普及化,1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
2. CCD监控摄像机像素,是CCD的主要性能指标,它决定了显示图像的清晰程度,分辨率越高,图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成,每一个元素称为像素,像素越多,图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界,38万像素以上者为高清晰度监控摄像机。
3. 水平分辨率。监控摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间,主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。 分辨率是用电视线(简称线TV LINES)来表示的,彩色摄像头的分辨率在330~500线之间。分辨率与CCD和镜头有关,还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关,通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽,图像越清晰,线数值相对越大。
4. 监控摄像机最小照度,也称为灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度,或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯(LUX),数值越小,表示需要的光线越少,摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄象机可工作在很暗条件,
月光型 :正常工作所需照度0.1LUX左右
星光型 : 正常工作所需照度0.01LUX以下
红外型 采用红外灯照明,在没有光线的情况下也可以成像(黑白)
5. 扫描制式。有PAL制和NTSC制之分。 中国采用隔行扫描(PAL)制式(黑白为CCIR),标准为625行,50场,只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外,曰本为NTSC制式,525行,60场(黑白为EIA)。
6. 监控摄像机电源。交流有220V、110V、24V,直流为12V 或9V。
7. 信噪比。典型值为46db,若为50db,则图像有少量噪声,但图像质量良好;若为60db,则图像质量优良,不出现噪声。
8. 监控摄像机视频输出。多为1Vp-p、75Ω,均采用BNC接头。
由于种类多,加之考虑到减少试制投资风险,我们采用比较成熟的高灵敏度的CCD监控摄像头。CCD:1/3英寸 水平分辨率:480线
视频信号的传送通常使用同轴电缆,电视摄像机的图像信号的带宽通常从直流到数兆赫,摄像机发送标准信号的高频电平。在接收端也同样采取高频补偿的办法。深度再深,则要考虑采取调频方法或脉码调制办法,以防止在传输途中信号恶化。监控摄像头能提供标准的1Vp-p、75Ω视频输出,与电视转播模拟信号相同,可以直接通过同步机接入转播系统。
在水下,水压以每10米1公斤的比例增加,水下电视摄像机最为重要的问题是整个装置必须完全密封。为减少重量,防水罩采用硬铝合金整体加工制成。罩体与前端盖采用O型圈密封,防水玻璃与前端盖单独密封,以方便经常打开调整摄像机。水密的设计和加工特别要注意电缆连接处。摄像机接口与电缆连接全部在防水罩内,因此,只需要将电缆从防水罩引出处密封即可。电缆另一端从鱼竿中空部穿出,连接到摄像师腰部的控制盒兼寻像器座上,电源,视频,开关都在此控制。
鱼竿采用碳纤维鱼竿最后2节(视个人需要),手握端头加挂电瓶,同时作为鱼竿摄像机配重。
寻像器采用6吋液晶视频播放器改装而成,主要是取消原来的插头,改为从机内直接引出,提高可靠性。
摄像头本身用电不多,寻像器功耗为6W,电瓶采用12V 3.3AH,可保证连续工作2小时以上。同时准备三块电瓶,一用,一充,一备。
电瓶与控制盒插头及充电器头一致,方便更换电瓶及充电。
2006年7月,世界杯跳水赛在常熟拉开帷幕,我们设计制作的鱼竿摄像机也投入使用。
从转播效果看,作为特殊机位,虽然图像质量肯定达不到转播级摄像机质量,但是,从运动员入水,水下到上岸全过程,提供了任何摄像机没有的视角图像,特别是运动员出水瞬间,半水下半水上,非常精彩,完全达到了预期的效果。从此至今,在所有跳水转播中,都离不开这个机位了。
同时,鱼竿摄像机也可以用在平时的水下摄像上,也可以成为摄像爱好者的新装备。
鱼竿摄像机投入仅几千元,可以说是投入小收益大的有益尝试。它再一次说明即使资金投入不可能像国际上通行的那样高昂,国人完全可以通过自身的研发能力,以学习和开拓的精神,将技术设备上的不足给予最大化的弥补,从而丰富我们的设备储备,增强电视制作中的技术处理能力,达到电视信号的不断完善和日趋精良,提高我们电视信号制作的整体水平。


技术指标:
电源:DC12V 3.3AH
制式:PAL制
CCD:1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm,对角线6mm
分辨率:480TVL
视频输出:1Vp-p、75Ω, BNC接头
镜头:2.8mm f=1:1.3
监视器:6″
功耗:6W

+50  科创币    天易    2012/01/31 支持原创
来自:综合交流区 / 极客DIY
8
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~~空空如也
vocal@ルカ
13年0个月前 IP:未同步
360934
把帖子发服务中心了。、。。。
没图片啊
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willian6
13年0个月前 IP:未同步
360953
这个题材很新颖啊!
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dxq100
13年0个月前 IP:未同步
360963
6年了,现在怎样?
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dmgy作者
13年0个月前 IP:未同步
361032
此文是本人的职称论文,本人制作。
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dmgy作者
13年0个月前 IP:未同步
361035
鱼竿水下摄像机 鱼竿摄像机2.jpg
+11
科创币
delete
2012-01-31
lz不?
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jrcsh
13年0个月前 IP:未同步
361049
作一玻璃墙也是一种解决方法
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天易
13年0个月前 IP:未同步
361084
水密性解决了,其他都好办。
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