摄像机

摄像机是一种以电信号形式记录图像的设备。与基于照相技术的胶卷相机不同，电子存储的图像信号可以立即再次显示为图像。

麦克风集成在消费者和专业消费者模型中以记录声音；专业相机（例如用于广播）有插座。根据录音情况，不同的专业麦克风连接到它。从广义上讲，数码相机也被称为摄像机。许多智能手机还可以录制视频。带有集成视频记录器的摄像头称为摄像机。

CCD 代表了摄像头小型化的重要一步。它们现在的质量大 大超过了图标望远镜。对于特别高质量的相机，图像传感器会被冷却，从而显着降低噪声图像。便宜的相机没有光圈，但会在充电时间内调节曝光。

所用图像传感器的面积越大，能够“捕捉”到的光线就越多。这增加了所用芯片的感光度，并减少了特别是在光线不足的情况下出现的图像噪声。图像转换器的分辨率不一定说明实际提供的分辨率。外壳上的像素规格通常指的是纯拍照功能。用于视频录制的数字通常不会如此清楚地突出显示。

一些指定的像素通常用于数字图像稳定器。这里只对实际用于拍摄的像素净值感兴趣。这些值通常在百万像素范围内或略低于百万像素。800,000 像素是 PAL 摄像机的常用值。有了这些，无论如何只能存储 720 × 576 像素（欧洲 PAL 标准）。在 HDCAM 等高品质相机和专业电影制作设备中，三个 ⁄₃″ 传感器各自的分辨率都超过 2,000 ,000 像素使用。

这种类型的图像记录器，也称为有源像素传感器，使用 CMOS 技术。最初，这些传感器主要出现在非常便宜的相机中。在此期间经过进一步发展后，它们还用于要求严苛的观察任务和图像处理。CMOS 芯片连续记录图像，因此可以随时读取。每秒帧数取决于像素频率和读出图像部分的像素数，但高于 CCD 芯片。可以单独或成组地对单个像素的功能进行编程和读出。

CMOS 芯片的动态范围（仍然完美记录的最弱和最 强信号之间的跨度）明显高于 CCD 芯片的动态范围，极端照明情况（例如夜间未照明的隧道中令人眼花缭乱的汽车前灯）可以以前所未有的精度记录下来。

CMOS 传感器几乎不会或根本不会出现所谓的拖尾效应 CMOS 技术还具有低功耗和高图像传输率（高达 300 kb/s，而 CCD 技术为 100 kb/s）的特点。尽管有这些相当大的优势，但 CMOS 技术并非在所有方面都优于 CCD 技术。

第 一个摄像头是基于所谓的 Nipkow 磁盘。这是一个圆盘，有大约 30 个孔呈螺旋状排列。图像被投影到屏幕的一个矩形区域上。该区域中孔洞的轨迹导致图像逐行扫描：孔洞总是向一个方向移动，在边缘消失。然后下一个孔会弹出并向下扫描下一行。通过的全部光线提供视频信号，并用快速光电接收器（光电管）记录下来。

它取代了机械扫描方法。后来图标镜技术得到进一步改进，一直延续到1990年代用过的。

Vidicon 系统还与阴极射线管配合使用，至今仍在用于特殊应用（医学、暴露于辐射的地方）。

为了生成彩色视频信号，需要三种颜色分量（红、绿、蓝）。该过程在颜色理论中也称为 RGB 或加法混色。

实现颜色分离的最明显方法是使用三个图像传感器，每个图像传感器用于一种颜色（“三个削片器”），并通过光学器件将它们耦合，这些光学器件也通过滤光片接管颜色分离。在录像机时代，这种程序很普遍。今天的 3 芯片相机通过棱镜或分光镜将穿过镜头的光线分配到三个单色 CCD 芯片上。滤色器确保一个芯片拾取绿色成分，另外两个分别拾取红色或蓝色。这个过程会产生非常高质量的图像，因此被用于专业领域。

使用了一种不同的方法，特别是对于廉价相机（“单片削片机”）。在每个像素之前，图像传感器芯片交替具有各自颜色的滤色器，使得相邻的不同像素记录不同的颜色分量。电子设备由此产生彩色视频信号。所需的更多像素（每个像素 2 × 绿色、1 × 红色、1 × 蓝色）通常会导致较差的分辨率；在任何情况下，颜色表示都不如 3 芯片相机准确。使用这种方法的图像记录器是拜耳传感器。

此前，他们尝试了顺序分色。一个旋转的彩色滤光片交替滤出三种颜色成分。如果同一滤光片在白色发光显像管前面的接收器处同步旋转，则会为那里的眼睛创建彩色图像。然而，这些尝试很快就停止了。这种滤色器仍在太空旅行中使用，因为这里需要大量的频率范围。

根据 PAL 格式，电视屏幕上显示 720 × 576 像素。为了在摄像机中存储所有信息，芯片必须至少有 414,720×3 像素。由于 PAL 中的像素被拉长，因此实际需要 768 × 576 的始终方形的 CCD/CMOS 像素，即总共 442,368 × 3 像素，然后将其转换为 720 × 576。16:9 录制需要 1024 × 576 = 589,824 × 3 像素，这些像素也被转换为 720 × 576 像素，但进行了变形压缩。这个数字必须乘以三，因为一个像素无法感知完整的颜色信息，只能感知亮度差异。对于 3 芯片模型，使用棱镜将颜色分解为红色、绿色和蓝色 (RGB) 分量，并分配到三个芯片。在不考虑数字图像稳定器的情况下，这个像素数量足以在电视屏幕上显示所有需要的图像信息。

在单芯片模型中，图像存储以不同的方式完成。由于每个 CCD 像素只感知亮度差异，因此在每个像素前面放置一个绿色、红色或蓝色的滤色器（拜耳滤光片）。DV 信号以 4:2:0 的比例记录（YCbCr 彩色模型）。Y表示luma分量，只存储亮度。U 和 V 表示色差分量（色度）。这意味着亮度为每个像素存储，四个像素一起只存储一个颜色值。