視頻監(jiān)視系統(tǒng)要素之?dāng)z像機鏡頭

攝像機鏡頭選擇是視頻監(jiān)視系統(tǒng)項目中最關(guān)鍵的要素之一，它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)劣直接影響攝像機的整機指標(biāo)以及整個工程項目的系統(tǒng)質(zhì)量，同時也關(guān)系到工程造價。由此可見，攝像機鏡頭在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是非常重要的。工程設(shè)計人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道。設(shè)計人員要根據(jù)物距、成像大小計算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。

目前，國內(nèi)鏡頭需求大鏡頭(C/CS接口)與小鏡頭(M12接口)所占的比例分別為25%和75%。

鏡頭在攝像機成本構(gòu)成中的比例為20%左右，是攝像機的重要組成部分。鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒有晶狀體，人眼看不到任何物體；如果沒有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒有清晰的圖像輸出，當(dāng)人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時，也就是人們常說的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清，攝像頭與鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當(dāng)圖像變得不清楚時，可以調(diào)整攝像頭的后焦點，改變CCD芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離(相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置)，可以將模糊的圖像變得清晰。鏡頭是攝像機的眼睛，為了適應(yīng)不同的監(jiān)控環(huán)境和要求，需要配置不同規(guī)格的鏡頭。比如在室內(nèi)的重點監(jiān)視，要進(jìn)行清晰且大視場角度的圖像捕捉，得配置廣角鏡頭；在室外的停車場，既要看到停車場全貌，又要能看到汽車的細(xì)部，這時候需要變焦鏡頭。?攝像機鏡頭品種繁多，從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭、長焦鏡頭、變焦鏡頭；從視場大小分有廣角、標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)景鏡頭；結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭等。

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1 以鏡頭安裝方式分類

? 所有的攝像機鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像機的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。 C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是17.526mm。 CS安裝座：特種C安裝，此時應(yīng)將攝像機前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點的距離是12.5mm。 C型安裝的攝像機可用CS型鏡頭，但CS安裝的攝像機不能使用C型鏡頭。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝像機上時，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。 ?

2 以攝像機鏡頭規(guī)格分類 ?

攝像機鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝像機的CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對應(yīng)。

即攝像機的CCD靶面大小為1/2英寸時，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。

攝像機的CCD靶面大小為1/3英寸時，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。

攝像機的CCD靶面大小為1/4英寸時，鏡頭應(yīng)選1/4英寸。

如果鏡頭尺寸與攝像機CCD靶面尺寸不一致時，觀察角度將不符合設(shè)計要求，或者發(fā)生畫面在焦點以外等問題。1/2英寸的鏡頭可用于1/2英寸、1/3英寸的攝像機；而1/3英寸的鏡頭只能用于1/3英寸的攝像機，不能用于1/2英寸的攝像機，這是因為1/3英寸鏡頭光通量只有1/2英寸鏡頭光通量的44%，不能滿足1/2英寸的攝像機的光通量要求。

3 以鏡頭光圈分類 ?

固定光圈鏡頭、手動光圈(manual iris)和自動光圈(auto iris)之分，配合攝像機使用，手動光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場合，自動光圈鏡頭因亮度變更時其光圈亦作自動調(diào)整，故適用亮度變化的場合。固定光圈鏡頭，其通光量是固定不變的。主要用光源恒定或攝像機自帶電子快門的情況。

自動光圈鏡頭有兩類：一類是將一個視頻信號及電源從攝像機輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，它將一個視頻信號及電源從攝像機輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，這種視頻輸入型鏡頭內(nèi)包含有放大器電路，用以將攝像機傳來的視頻信號轉(zhuǎn)換成對光圈馬達(dá)的控制，稱為視頻輸入型Video driver(with Amp)；另一類則利用攝像機上的直流電壓來直接控制光圈，它利用攝像機上的直流電壓來直接控制光圈，這種鏡頭內(nèi)只包含電流計式光圈馬達(dá)，攝像機內(nèi)沒有放大器電路，稱為DC輸入型(DC driverno Amp)。二種驅(qū)動方式產(chǎn)品不具可互換性，但現(xiàn)已有通用型自動光圈鏡頭推出。

自動光圈鏡頭上的ALC(自動鏡頭控制)調(diào)整用于設(shè)定測光系統(tǒng)，可以整個畫面的平均亮度，也可以畫面中最亮部分(峰值)來設(shè)定基準(zhǔn)信號強度，供給自動光圈調(diào)整使用。一般而言，ALC已在出廠時經(jīng)過設(shè)定，可不作調(diào)整，但是對于拍攝景物中包含有一個亮度極高的目標(biāo)時，明亮目標(biāo)物之影像可能會造成"白電平削波"?現(xiàn)象，而使得全部屏幕變成白色，此時可以調(diào)節(jié)ALC來變換畫面。另外，自動光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動光圈環(huán)時，通過鏡頭的光通量會發(fā)生變化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：F＝ f(焦距)/D(鏡頭實際有效口徑)，F(xiàn)值越小，則光圈越大。

采用自動光圈鏡頭，對于下列應(yīng)用情況是理想的選擇，它們是：在諸如太陽光直射等非常亮的情況下，用自動光圈鏡頭可有較寬的動態(tài)范圍。要求在整個視野有良好的聚焦時，用自動光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。要求在亮光上因光信號導(dǎo)致的模糊最小時，應(yīng)使用自動光圈鏡頭。

4 以鏡頭的視場大小分類 ?

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，使用范圍較廣，在1/2英寸CCD攝像機中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD攝像機中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm；

廣角鏡頭：視角90度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景，觀察范圍較大，近處圖像有變形；

長焦鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾十毫米或上百毫米，此鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變??；

變倍鏡頭(zoom lens)：也稱為伸縮鏡頭，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類；

可變焦點鏡頭(vari-focus lens)：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體放大，同時又可提供一個寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過設(shè)置自動聚焦于最小焦距和最大焦距兩個位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過手動聚焦實現(xiàn)；

針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝；

三可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、調(diào)光圈；

二可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、自動光圈。

5 從鏡頭焦距上分類 ?

短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個較寬廣的視野；

中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長度視CCD的尺寸而定；

長焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長距離監(jiān)視；

變焦距鏡頭：通常為電動式，可作廣角、長焦變化。

鏡頭的主要參數(shù) ? 焦距（f，也稱視場角）：焦距是鏡頭和感光元件之間的距離，通過改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，改變拍攝圖像的大小。在工程實際中，我們常用水平視場角來反映畫面的拍攝范圍。焦距f越大，視場角越小，在感光元件上形成的畫面范圍越?。环粗?，焦距f越小，視場角越大，在感光元件上形成的畫面范圍越大。當(dāng)物體與鏡頭的距離很遠(yuǎn)的時候，我們可用下面公式表達(dá)：鏡頭的放大倍數(shù)≈焦距/物距。增加鏡頭的焦距，放大倍數(shù)增大了，可以將遠(yuǎn)景拉近，畫面的范圍小了，遠(yuǎn)景的細(xì)節(jié)看得更清楚了；如果減少鏡頭的焦距，放大倍數(shù)減少了，畫面的范圍擴大了，能看到更大的場景。 ? 光圈：光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開得越大，通過鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開得越小，通過鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來表示。F=焦距（f）/通光孔徑(相對孔徑，鏡頭的相對孔徑?jīng)Q定被攝像機的照度，攝像機的照度與鏡頭的相對孔徑的平方成正比。)。在攝像機的技術(shù)指標(biāo)中，我們常常可以看到6mm/F1.4這樣的參數(shù)，它表示鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，這時我們可以很容易地計算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量就越大。?鏡頭與CCD感光元件的配置 CCD的成像尺寸，也就是攝像機畫面寬度和高度的比例與電視機畫面寬度和高度比例一樣，通常為4:3。這樣保證了攝像機的視頻圖像在顯示器上的圖像不變形。 ? 鏡頭焦距的配置、確定合適的焦距，是決定圖像質(zhì)量重要因素。f=v*D/V或f =h*D/H。其中，f代表焦距，v代表CCD成像尺寸的高度，V代表被觀測物體高度，h代表CCD成像尺寸的寬度，H代表被觀測物體寬度，D代表物體到鏡頭的距離。 ? 市場上大部分?jǐn)z像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生產(chǎn)的芯片，現(xiàn)在韓國也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍差一點點。因為芯片生產(chǎn)時產(chǎn)生不同等級，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購買時，可以采取如下方法檢測：接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時是否有亮點，屏幕上雪花大不大，這些是檢測CCD芯片最簡單直接的方法，而且不需要其它專用儀器。然后可以打開光圈，看一個靜物，如果是彩色攝像頭，最好攝取一個色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來清晰自然；而殘次品的圖像就會有偏色現(xiàn)象，即使面對一張白紙，圖像也會顯示藍(lán)色或紅色。個別CCD由于生產(chǎn)車間的灰塵，CCD靶面上會有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會影響圖像，但在弱光或顯微攝像時，細(xì)小的灰塵也會造成不良的后果，如果用于此類工作，一定要仔細(xì)挑選。

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波長光電擁有多款監(jiān)控鏡頭可供客戶選擇，包括可見光鏡頭和不同波段的紅外鏡頭，產(chǎn)品具備大視場角及圖像均勻、一致性好等特點，我們從材料到生產(chǎn)加工，有多條自動化產(chǎn)線和檢測品控設(shè)備，滿足不同行業(yè)需求的客戶，專業(yè)研發(fā)團隊，為客戶定制光機電算軟產(chǎn)品的全套解決方案，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能家居、民用安防等場景。

編輯：黃飛

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