高清攝像鏡頭發(fā)展詳情 - 全文

　　隨著前些年開始流行的HDCVI技術與高清網(wǎng)絡攝像機IPC的發(fā)展，前端攝像頭從最初的標清逐步向高清、超高清發(fā)展，不僅像素方面有了突破性進展，鏡頭的成像品質(zhì)也開始備受關注。而今265高效率壓縮編解碼技術的問世，讓當初可望而不可及的4K高清畫幅得以實現(xiàn)并不斷成熟，這一傳輸技術上的重大突破，擊碎了攝像機高清成像的平靜，與此同時也再一次為攝像機前端的鏡頭提供了一個極其廣闊的發(fā)展環(huán)境，此期間，大批量的超高清、高品質(zhì)鏡頭如雨后春筍般涌現(xiàn)出市場，工業(yè)安防攝像頭的像素與成像質(zhì)量正在直逼民用單反攝像頭。

　　安防攝像機的光學系統(tǒng)是典型的傳統(tǒng)成像光學系統(tǒng)，主要有光電傳感器 （Image Sensor）、鏡頭（Lens）和調(diào)焦機構組成，外界光線通過鏡頭的接收傳遞到Sensor表面，光信號經(jīng)Sensor轉(zhuǎn)變成電信號傳遞到后端處理，最終體現(xiàn)在顯示器中。故鏡頭作為攝像機的最前端，其接收到的外界光線是攝像機收到的第一手信息，可見鏡頭在攝像機中所扮演角色的重要性。

　　一、帶動式發(fā)展

　　鏡頭作為攝像機的最前端，其重要性不必贅述。265高效壓縮解碼技術與4K高清成像技術擊碎了新一階段的超高清成像的瓶頸，超高清成像的大門與之開啟的同時也為安防攝像機的光學系統(tǒng)提出了更高的新需求;4/3 inch大靶面Image Sensor搭載1200萬像素強勢上市，預示著安防鏡頭的市場即將更新?lián)Q代。

　　1. 高清畫幅、超高像素。

　　隨著大靶面Sensor時代的到來，超高像素的概念也被提升了一個檔次，4/3inch有效成像面搭載1200萬像素Image Sensor已經(jīng)廣泛應用到智能交通、平安城市等重要領域項目中;265高效壓縮編碼技術也在不斷的考驗中日劇成熟;而4K成像技術也給市場及用戶帶來了長久期待之外的驚艷效果。上述傳輸、成像技術的突破與大靶面Sensor的問世無形中也對鏡頭提出了高分辨率的需求。分辨率是指鏡頭再現(xiàn)被攝景物細節(jié)的能力，分辨率越高，畫面越清晰細膩;反差是指再現(xiàn)被攝景物的反差細節(jié)、明暗層次的能力，反差越高，畫面景物輪廓鮮明、邊緣銳利、層次豐富、質(zhì)感強烈、影調(diào)明朗。分辨率高而反差低的鏡頭，影像輪廓不清晰，反差灰暗，影調(diào)平淡，給人感覺反而不清晰。

　　2. 大Pixel、低噪聲

　　高清畫幅的大靶面不僅為我們帶來了高像素的畫質(zhì)體驗，其更重要的一點

　　是大靶面Sensor為每一個像素點提供了更大的空間;相對于之前的小Pixel Size Sensor，大Pixel所能接收到的光線更加充足，各個波段的光均能夠較多的傳遞到Pixel上來，是畫面色彩更加飽滿;不僅如此，大Pixel的大空間給了Sensor生產(chǎn)工藝升級的寶貴機會，加之大Pixel所接收到有效光線增多，Sensor的信噪比會大幅度提升，這也為前端采圖提供了有力的保駕護航。

　　3. 大光圈、可變光圈

　　如今安防監(jiān)控日趨高清化、網(wǎng)絡化，安防攝像機的應用也越來越廣泛，很多監(jiān)控條件差、光線昏暗且變化無常的地方需要安裝功能多樣的攝像機，尤其是需求滿足全天候24小時監(jiān)控的環(huán)境條件。對于夜晚等超低照度環(huán)境，如果鏡頭采集光線不夠，會導致畫面昏暗甚至全黑的情況，嚴重影響清晰度。攝像機低照度性能的提升，超大光圈鏡頭是關鍵技術之一。

　　如遇光線經(jīng)常變化的環(huán)境，如車庫門口的車牌識別攝像頭經(jīng)常被來往的車燈照射，可以選擇可變光圈，根據(jù)外界光線環(huán)境不同隨時調(diào)整光圈大小，控制進光量，故未來大光圈與新形勢的可變光圈依舊是鏡頭未來發(fā)展的延續(xù)方向。

　　4. 夜間監(jiān)控

　　目前安防監(jiān)控行業(yè)越來越重視夜間低照度或者零照度的監(jiān)控效果。目前較多的產(chǎn)品在低照度或者零照度環(huán)境下，需要依靠閃光燈補光進行拍攝，而很多國家不允許使用閃光燈，所以更加要依靠大Pixel Sensor 和大光圈鏡頭以及后端圖像處理的支持。

　　同時，在保證日間像質(zhì)的前提下，可以利用紅外濾片功能，ED（低折射率高色散系數(shù)）玻璃較好地校正色差，提高日夜成像的共焦能力和像質(zhì)。近年來，各大玻璃廠商也在竭力推廣ED玻璃。

　　5. 超廣角、大視場

　　安防行業(yè)正在向著高清化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。其中大屏全景拼接

　　技術目前備受矚目，即將多個攝像機所拍攝到的畫面通過通過圖像算法的處理并進行圖像拼接，使之成為一張圖片，以給人一種全景觀測的體驗。在實際項目中規(guī)劃中攝像機所安放的位置、角度、個數(shù)直接影響全景成像的效果，綜合效果、算法與成本方面的考慮，使用大視場角的廣角鏡頭能夠相對比較輕松的實現(xiàn)使用較少攝像機進行大畫幅監(jiān)控。不僅全景拼接技術，在一些視野開闊的廣場，廣角攝像機也能體現(xiàn)出它強大的優(yōu)勢，相對于普通攝像機，廣角攝像機能夠同一時間監(jiān)控更大區(qū)域。

　　廣角攝像頭的最大弊端在于周邊視場畸變較大，導致拍攝圖像變形，且隨著視場角的增大，圖像變形愈加嚴重，不過目前后道圖像畸變矯正技術已經(jīng)比較成熟，圖像變形已經(jīng)無法限制廣角鏡頭的發(fā)展和應用。

　　二、主動式發(fā)展

　　除上述為滿足攝像機成像品質(zhì)需求外，鏡頭本身也是有著巨大的發(fā)展?jié)摿?

　　目前，亟待解決鏡片成型方面的生產(chǎn)工藝，如玻璃鏡片非球面的加工精度，以及鍍膜技術對雜散光的遏制效果等。一直以來鏡頭的更新?lián)Q代都是跟從攝像機或 Image Sensor上的新技術而專門定制的，若鏡頭生產(chǎn)工藝在現(xiàn)有基礎上有所突破，不僅能夠減少攝像機或者Image Sensor的研發(fā)設計壓力，還有可能引領整個成像光學系統(tǒng)的發(fā)展。

　　1.高精度非球面鏡片的沿用

　　順應電子市場發(fā)展趨勢，安防行業(yè)產(chǎn)品也會自然地趨于小型化發(fā)展，產(chǎn)品小型化在節(jié)省空間與外觀精美的同時必須保證產(chǎn)品原有的功能和品質(zhì)。

　　鏡頭的小型化首先要做的突破是鏡片的小型化，傳統(tǒng)的球面加工技術已經(jīng)無法滿足小尺寸鏡片實現(xiàn)現(xiàn)有鏡頭光學效果需求，更新鏡片加工工藝，制作高精度非球面鏡片是鏡片加工工藝的發(fā)展趨勢。

　　非球面加工工藝可以校正球面像差，大幅度提高鏡頭的成像質(zhì)量。非球面塑料鏡片形狀是通過精確設計計算并由精密模具注塑而成，其精度超高，而玻璃非球面鏡片則是由精密的車床打磨完成，精度比注塑稍遜，一片非球面鏡片就能實現(xiàn)多個球面鏡片校正像差的效果。采用超精密模造非球面鏡片的鏡頭可以有效地減小鏡頭體積的同時，使得鏡頭的成像更清晰，透光度更好，色彩還原更加準確。

　　非球面鏡頭能使邊緣部分的光線與中央部分的光線都能穿過鏡片聚焦到同一個平面，從而能清晰有效地利用整個鏡片的表面，使整個鏡片都能正確聚焦，相對使有效通光口徑變大。有效通光口徑增大，就能讓更多的光線投射到Sensor感光面上，也相應于增加了靈敏度。并且，因為一片非球面鏡片能頂替好幾片一組的球面鏡片，從而使攝像鏡頭的體積縮小、重量也減輕，又因光線經(jīng)過的鏡片少，因而使透光率大大增強，圖像畫面也變得細致明亮。非球面鏡片的另一重要特點是可以改善鏡片邊緣部分對光的折射率，使鏡頭的邊緣成像變好。而球面鏡片，尤其高倍率球面鏡頭，更容易出現(xiàn)球差和圖像失真，尤其光線在球面鏡頭邊緣過折射引起的桶形失真，將非球面鏡頭用于高倍率的變焦鏡頭時，由于非球面鏡頭將邊緣入射的光線按球面鏡頭失真的反方向進行了修正，從而有效地消除了桶形失真。非球面的設計修正了影像不清，視界歪曲、視野狹小等不良現(xiàn)象，使成像更清晰、細膩，通常用于廣角和超廣角鏡頭中，適合廣場、停車場等大范圍監(jiān)控場所。

　　2.新型鍍膜技術的問世

　　鏡頭的透光率是指鏡頭鏡片的透光能力，主要決定因素是鍍膜技術。鏡頭鍍膜是利用真空蒸汽沉積技術在鏡頭上布置的一層極薄透明的膜，防反射的膜層能產(chǎn)生增透效果，透光率越高，透光量就越大，照度要求也就越低，在逆光攝影時，由于膜層影響，能使易產(chǎn)生的幻像和光暈降低到最小程度，尤其是在夜間監(jiān)控條件下，照度的高低是一個夜間鏡頭品質(zhì)的決定因素。

　　鏡頭鍍膜是一般在鏡片加工拋光完成后進行的重要生產(chǎn)流程，鏡片涂層的主要類型包括納米涂層、集成涂層、復合涂層和透明涂層，還有一些高性能涂層BBAR和高保真涂層，目前監(jiān)控鏡頭以BBAR跟納米涂層方式較多，其余大多用于DSC或單反相機鏡頭較多。鍍膜涂料依每個廠家的技術出現(xiàn)差異，所有監(jiān)控鏡頭涂層都不能保證完全一致，對此未來可能會出臺相關標準予以管控。

　　3.攝像一體機

　　隨著高精度注塑工藝的進步與模具精度的升級，鏡頭攝像機一體化已經(jīng)逐漸成為監(jiān)控攝像機的發(fā)展趨勢，鏡頭在趨于小型化的同時，要滿足鏡頭和攝像機實現(xiàn)一體化，雖然這對鏡頭的組裝工藝會有很大影響，但一體機的快速聚焦功能和操控的靈活性會遠遠超過它繁瑣的生產(chǎn)工藝。

　　結(jié)語

　　在光學領域，人們對成像光學樂此不疲的期待永遠在于圖像能否更加清晰，畫面能否更加細膩;相對于之前單反鏡頭、手機鏡頭的像素攀升歷史，加之現(xiàn)如今傳輸技術的突破與新一階段高清成像的需求，安防鏡頭作為監(jiān)控各個重要地區(qū)、重大事件的核心部件，必定沿著高清化趨勢一路走下去;與此同時，鏡頭市場競爭日趨白熱化，會迫使企業(yè)創(chuàng)新能力的增強。