醫(yī)療電化教育錄播系統(tǒng)中攝像頭的測(cè)試方法選擇

陳薇薇，張博，許鋒

北京大學(xué)第三醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100191

近年來(lái)，隨著教育部“精品課程”建設(shè)要求和客觀結(jié)構(gòu)化臨床考試（Objective Structure Clinical Examination，OSCE）應(yīng)用模式的日益增長(zhǎng)，信息、網(wǎng)絡(luò)、多媒體控制等技術(shù)在電化教育中得到了廣泛應(yīng)用，錄播系統(tǒng)建設(shè)成為衡量一所醫(yī)學(xué)院校教學(xué)質(zhì)量的重要考核指標(biāo)之一[1]。而作為視頻平臺(tái)影音圖像的采集起點(diǎn)，攝像頭的選擇直接影響著教學(xué)錄播系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量及使用效果。

1 攝像頭的種類(lèi)

攝像頭分為標(biāo)清和高清兩種。標(biāo)清攝像頭的物理分辨率＜720 P，720 P是一種在逐行掃描下達(dá)到1280×720的分辨率的顯示格式。高清攝像頭的物理分辨率要達(dá)到1920×1080，也就是說(shuō)水平分辨率要達(dá)到1920個(gè)像素，垂直分辨率要達(dá)到1080條掃描線。國(guó)際上公認(rèn)的高清視頻要求為：視頻垂直分辨率＞720 P 或1080 i，視頻寬縱比為16:9；可采用寬色域、大屏幕和環(huán)繞立體聲播映，具有更強(qiáng)的感染力和可視性[2]。標(biāo)清和高清攝像頭對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)清和高清攝像頭對(duì)比

高清攝像頭具有分辨率高、水平視場(chǎng)角大、畫(huà)面包容的景物多等優(yōu)點(diǎn)，如果要建設(shè)一套覆蓋面較廣的錄播系統(tǒng)，只有采用高清攝像頭才能達(dá)到高水平課件質(zhì)量的應(yīng)用需求。但現(xiàn)在市場(chǎng)上同類(lèi)商品較多，質(zhì)量良莠不齊，價(jià)格高低不一。因此若要選擇合適的攝像頭，需要在項(xiàng)目方案確定前對(duì)攝像頭的清晰度、色彩還原能力、聚焦能力等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行綜合測(cè)試。

2 高清攝像頭的測(cè)試方法

通過(guò)前期市場(chǎng)調(diào)研，筆者選定了5個(gè)品牌的1080 P高清攝像頭作為測(cè)試對(duì)象。

客觀、標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)業(yè)的測(cè)試方法，需要標(biāo)準(zhǔn)光源燈箱、照度計(jì)、波形示波器、矢量示波器等專(zhuān)業(yè)設(shè)備。專(zhuān)業(yè)測(cè)試示意圖，見(jiàn)圖1。

其中，波形監(jiān)視器用于監(jiān)測(cè)采集視頻的質(zhì)量，即用來(lái)測(cè)量信號(hào)幅度（電壓），以及檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)的所有脈沖掃描圖形。視頻電平不能超過(guò)波形監(jiān)視器電平的100%，也不能低于波形監(jiān)視器電平的7.5%。過(guò)高的電平信號(hào)會(huì)被濾波電路削去，圖像顯示為白色，較模糊。過(guò)低的電平信號(hào)的圖像顯示幾乎為黑色。

矢量示波器用于測(cè)量顏色的飽和度和色調(diào)，測(cè)試圖上標(biāo)記有R、G、B、Mg、Cy和Yl6個(gè)小方框，分別表示紅色（Red）、綠色（Green）、藍(lán)色（Blue）、品紅色（Magenta）、青色（Cyan）和黃色（Yellow），是彩色的3原色和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)色。矢量示波器與視頻設(shè)備的視頻輸出端連接，讓視頻設(shè)備播放彩條測(cè)試卡，調(diào)整色度增益控制電位器和相位控制電位器，使彩條矢量點(diǎn)落在示波器對(duì)應(yīng)的田字格內(nèi)。矢量示波器測(cè)試圖的中心是無(wú)色的，某種顏色離中心越近，其飽和度就越?。ㄔ浇咏咨浑x中心越遠(yuǎn)，其飽和度就越高（顏色較濃）[3]。

但是，配置上述整套設(shè)備不僅需要投入大量資金，還要考慮儀器速度和被測(cè)信號(hào)變化的匹配度是否良好，帶寬是否充足，測(cè)量方法是否會(huì)引入干擾，測(cè)試接頭是否合適等。而多功能專(zhuān)業(yè)測(cè)試圖既可以滿足高清攝像頭的測(cè)試需求，又可以節(jié)省儀器投入成本，更適用于教學(xué)單位應(yīng)用層面。

3 多功能專(zhuān)業(yè)測(cè)試圖測(cè)試過(guò)程

3.1 測(cè)試環(huán)境搭建

測(cè)試環(huán)境布局，見(jiàn)圖2?，F(xiàn)場(chǎng)抽簽決定5個(gè)品牌產(chǎn)品的演示順序，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在會(huì)議室中遠(yuǎn)程控制高清攝像頭拍攝，再使用HDMI線或VGA線在會(huì)議室的高清電視機(jī)上同步顯示拍攝效果。

3.2 測(cè)試過(guò)程：

測(cè)試工作初步設(shè)計(jì)如下：

（1）失真及清晰度測(cè)試：通過(guò)變焦拍攝貼在墻上的清晰度測(cè)試圖，看攝像頭能否分別清晰地分辨水平和豎直的800～1000線對(duì)。

（2）色彩還原測(cè)試：通過(guò)拍攝已貼在墻上的色彩還原測(cè)試圖，看攝像頭能否分辨紅色和橙色，黃色和綠色，以及藍(lán)色和紫色等顏色相近的色塊；并對(duì)醫(yī)院同事的面部進(jìn)行拍攝，看色彩是否均衡。

（3）跟蹤對(duì)焦測(cè)試：通過(guò)拍攝一定距離內(nèi)人員的手部動(dòng)作，看攝像頭能否快速跟蹤對(duì)焦。

（4）網(wǎng)絡(luò)延遲度測(cè)試：拍攝1位現(xiàn)場(chǎng)人員，令其口述數(shù)字，同時(shí)配合與口述數(shù)字相同的手型，此時(shí)會(huì)議室和現(xiàn)場(chǎng)的對(duì)講機(jī)打開(kāi)，以保證口述聲音在測(cè)試的兩個(gè)地點(diǎn)同步。判斷聲音和手型是否同步。

（5）低照度情況下測(cè)試：通過(guò)分次關(guān)閉兩組日光燈，觀察墻上清晰度圖片和顏色圖片的拍攝效果。

（6）在上述拍攝過(guò)程中觀察圖像有無(wú)抖動(dòng)、鋸齒現(xiàn)象。（7）在上述拍攝過(guò)程中觀察圖像細(xì)節(jié)的拍攝能力。

3.3 相關(guān)測(cè)試表格

在進(jìn)行測(cè)試的同時(shí)，組織具有一定攝影水平的同事作為專(zhuān)家，根據(jù)測(cè)試過(guò)程中的實(shí)際拍攝情況進(jìn)行雙盲客觀打分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為0分：效果差；1分：一般；2分：效果好。最終排序選定產(chǎn)品。測(cè)試評(píng)分表及記錄表，見(jiàn)表2～3。

表2 測(cè)試評(píng)分表

3.4 測(cè)試結(jié)果

打分統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見(jiàn)表4。最終選定A品牌產(chǎn)品為攝像頭采購(gòu)的首選產(chǎn)品。

表3 測(cè)試記錄表

表4 測(cè)試打分結(jié)果

4 總結(jié)

選定欲采購(gòu)的高清攝像頭后，需要將全套攝像頭參數(shù)提供給各方案的提供單位，讓其根據(jù)此產(chǎn)品提供整套錄播系統(tǒng)的實(shí)施方案。但想要使選定的高清攝像頭產(chǎn)品達(dá)到類(lèi)似測(cè)試過(guò)程中展示的滿意效果，以下問(wèn)題需要注意[4-6]：①音、視頻的傳輸：應(yīng)采用無(wú)損編碼方式；② 攝像頭推拉搖移的遠(yuǎn)程控制：可采用網(wǎng)絡(luò)鍵盤(pán)手柄，便于控制；③ 音、視頻的存儲(chǔ)：應(yīng)保證在線1年的存儲(chǔ)調(diào)閱，需要配置磁盤(pán)陣列；④ 系統(tǒng)軟件功能：需具備檢測(cè)與連接、系統(tǒng)登錄、權(quán)限判斷等功能[7-8]。

[1]韓瑞.教育錄播系統(tǒng)項(xiàng)目管理研究[D].山東:山東大學(xué),2012.

[2]冉峽.高清攝像中幾個(gè)不容忽視的技術(shù)問(wèn)題[J].科技傳播,2010,(3):6-7.

[3]陳攻.對(duì)高清攝像機(jī)測(cè)試的思考[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2007,(2): 68-69.

[4]張志剛,白然.高校課堂網(wǎng)絡(luò)錄播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)試,2013,(22):188-189.

[5]桑香榮,朱泉之.是輔助更是創(chuàng)新-自動(dòng)錄播系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用與反思[J].中國(guó)信息技術(shù)教育,2014,(1):133-134.

[6]吳洋.多媒體教學(xué)錄播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2012.

[7]李燕.多媒體錄播系統(tǒng)在高校精品課程建設(shè)中的應(yīng)用研究[D].上海:華東師范大學(xué),2011.

[8]吳天生.網(wǎng)絡(luò)課件實(shí)時(shí)錄播系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,(3):30-32.