医疗电化教育录播系统中摄像头的测试方法选择

陈薇薇，张博，许锋

北京大学第三医院 医学工程处，北京 100191

近年来，随着教育部“精品课程”建设要求和客观结构化临床考试（Objective Structure Clinical Examination，OSCE）应用模式的日益增长，信息、网络、多媒体控制等技术在电化教育中得到了广泛应用，录播系统建设成为衡量一所医学院校教学质量的重要考核指标之一[1]。而作为视频平台影音图像的采集起点，摄像头的选择直接影响着教学录播系统的建设质量及使用效果。

1 摄像头的种类

摄像头分为标清和高清两种。标清摄像头的物理分辨率＜720 P，720 P是一种在逐行扫描下达到1280×720的分辨率的显示格式。高清摄像头的物理分辨率要达到1920×1080，也就是说水平分辨率要达到1920个像素，垂直分辨率要达到1080条扫描线。国际上公认的高清视频要求为：视频垂直分辨率＞720 P 或1080 i，视频宽纵比为16:9；可采用宽色域、大屏幕和环绕立体声播映，具有更强的感染力和可视性[2]。标清和高清摄像头对比，见表1。

表1 标清和高清摄像头对比

高清摄像头具有分辨率高、水平视场角大、画面包容的景物多等优点，如果要建设一套覆盖面较广的录播系统，只有采用高清摄像头才能达到高水平课件质量的应用需求。但现在市场上同类商品较多，质量良莠不齐，价格高低不一。因此若要选择合适的摄像头，需要在项目方案确定前对摄像头的清晰度、色彩还原能力、聚焦能力等技术参数进行综合测试。

2 高清摄像头的测试方法

通过前期市场调研，笔者选定了5个品牌的1080 P高清摄像头作为测试对象。

客观、标准、专业的测试方法，需要标准光源灯箱、照度计、波形示波器、矢量示波器等专业设备。专业测试示意图，见图1。

其中，波形监视器用于监测采集视频的质量，即用来测量信号幅度（电压），以及检测单位时间内信号的所有脉冲扫描图形。视频电平不能超过波形监视器电平的100%，也不能低于波形监视器电平的7.5%。过高的电平信号会被滤波电路削去，图像显示为白色，较模糊。过低的电平信号的图像显示几乎为黑色。

矢量示波器用于测量颜色的饱和度和色调，测试图上标记有R、G、B、Mg、Cy和Yl6个小方框，分别表示红色（Red）、绿色（Green）、蓝色（Blue）、品红色（Magenta）、青色（Cyan）和黄色（Yellow），是彩色的3原色和对应的补色。矢量示波器与视频设备的视频输出端连接，让视频设备播放彩条测试卡，调整色度增益控制电位器和相位控制电位器，使彩条矢量点落在示波器对应的田字格内。矢量示波器测试图的中心是无色的，某种颜色离中心越近，其饱和度就越小（越接近白色）；离中心越远，其饱和度就越高（颜色较浓）[3]。

但是，配置上述整套设备不仅需要投入大量资金，还要考虑仪器速度和被测信号变化的匹配度是否良好，带宽是否充足，测量方法是否会引入干扰，测试接头是否合适等。而多功能专业测试图既可以满足高清摄像头的测试需求，又可以节省仪器投入成本，更适用于教学单位应用层面。

3 多功能专业测试图测试过程

3.1 测试环境搭建

测试环境布局，见图2。现场抽签决定5个品牌产品的演示顺序，通过网络在会议室中远程控制高清摄像头拍摄，再使用HDMI线或VGA线在会议室的高清电视机上同步显示拍摄效果。

3.2 测试过程：

测试工作初步设计如下：

（1）失真及清晰度测试：通过变焦拍摄贴在墙上的清晰度测试图，看摄像头能否分别清晰地分辨水平和竖直的800～1000线对。

（2）色彩还原测试：通过拍摄已贴在墙上的色彩还原测试图，看摄像头能否分辨红色和橙色，黄色和绿色，以及蓝色和紫色等颜色相近的色块；并对医院同事的面部进行拍摄，看色彩是否均衡。

（3）跟踪对焦测试：通过拍摄一定距离内人员的手部动作，看摄像头能否快速跟踪对焦。

（4）网络延迟度测试：拍摄1位现场人员，令其口述数字，同时配合与口述数字相同的手型，此时会议室和现场的对讲机打开，以保证口述声音在测试的两个地点同步。判断声音和手型是否同步。

（5）低照度情况下测试：通过分次关闭两组日光灯，观察墙上清晰度图片和颜色图片的拍摄效果。

（6）在上述拍摄过程中观察图像有无抖动、锯齿现象。（7）在上述拍摄过程中观察图像细节的拍摄能力。

3.3 相关测试表格

在进行测试的同时，组织具有一定摄影水平的同事作为专家，根据测试过程中的实际拍摄情况进行双盲客观打分，评分标准为0分：效果差；1分：一般；2分：效果好。最终排序选定产品。测试评分表及记录表，见表2～3。

表2 测试评分表

3.4 测试结果

打分统计结果，见表4。最终选定A品牌产品为摄像头采购的首选产品。

表3 测试记录表

表4 测试打分结果

4 总结

选定欲采购的高清摄像头后，需要将全套摄像头参数提供给各方案的提供单位，让其根据此产品提供整套录播系统的实施方案。但想要使选定的高清摄像头产品达到类似测试过程中展示的满意效果，以下问题需要注意[4-6]：①音、视频的传输：应采用无损编码方式；② 摄像头推拉摇移的远程控制：可采用网络键盘手柄，便于控制；③ 音、视频的存储：应保证在线1年的存储调阅，需要配置磁盘阵列；④ 系统软件功能：需具备检测与连接、系统登录、权限判断等功能[7-8]。

[1]韩瑞.教育录播系统项目管理研究[D].山东:山东大学,2012.

[2]冉峡.高清摄像中几个不容忽视的技术问题[J].科技传播,2010,(3):6-7.

[3]陈攻.对高清摄像机测试的思考[J].现代电视技术,2007,(2): 68-69.

[4]张志刚,白然.高校课堂网络录播系统的设计与实现[J].电子测试,2013,(22):188-189.

[5]桑香荣,朱泉之.是辅助更是创新-自动录播系统在教学中的应用与反思[J].中国信息技术教育,2014,(1):133-134.

[6]吴洋.多媒体教学录播系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学,2012.

[7]李燕.多媒体录播系统在高校精品课程建设中的应用研究[D].上海:华东师范大学,2011.

[8]吴天生.网络课件实时录播系统及其应用[J].广东技术师范学院学报,2007,(3):30-32.