前端攝像機(jī)鏡頭的基礎(chǔ)知識(shí)

01 基礎(chǔ)知識(shí)

鏡頭的組成

鏡頭由一組或多組光學(xué)玻璃鏡片組成，透過(guò)機(jī)械的結(jié)構(gòu)以光學(xué)原理形成鏡像，不同的鏡片組合成像距離也各有長(zhǎng)短。

鏡頭的作用

從被攝物體收集光信號(hào)到攝像機(jī)光電傳感器的光敏區(qū)，是監(jiān)控?cái)z像機(jī)的眼睛。

鏡頭的分類(lèi)

鏡頭的主要參數(shù)

鏡頭的像面尺寸選擇

鏡頭像面尺寸必須大于等于傳感器尺寸，鏡頭尺寸如果小于傳感器尺寸，則會(huì)在圖像四周出現(xiàn)黑邊。

焦距和視場(chǎng)角

焦距：監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，焦距是指從鏡片中心到圖像傳感器靶面的距離。鏡頭焦距的長(zhǎng)短決定著成像大小，視場(chǎng)角大小，景深大小等。 視場(chǎng)角：鏡頭在其接受元件上所能看到的空間范圍叫做視場(chǎng)角，通常我們所講的視場(chǎng)角一般是鏡頭的圖像水平視場(chǎng)角。 鏡頭焦距與鏡頭視場(chǎng)角的關(guān)系：焦距與視場(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，我們分兩種情況來(lái)看： ①鏡頭成像尺寸一定時(shí)，鏡頭焦距越長(zhǎng)，其鏡頭的視場(chǎng)角就越小。 ②鏡頭焦距一定時(shí)，鏡頭成像尺寸越大，其鏡頭的視場(chǎng)角也越大。

不同焦距下成像效果

光闌和光闌系數(shù)

光闌：為了控制通過(guò)鏡頭的通光量大小，在鏡頭的后部均設(shè)置了一些帶孔的金屬薄片，稱為光闌(俗稱光圈)。 光闌系數(shù)：鏡頭的通光量以鏡頭的焦距f和通光孔徑D的比值來(lái)衡量，稱為光闌系數(shù)，以F為標(biāo)記，F(xiàn)=f/D。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大F值，如F1,F2,F2.8等。

光闌大小F與通光量的關(guān)系

F值與光闌大小以及通光量大小的關(guān)系(焦距一定時(shí))，通光量與F值的平方成反比關(guān)系。 F值越小，光闌越大，到達(dá)攝像機(jī)sensor靶面的通光量就越大。

不同F(xiàn)值的鏡頭通光量比較

景深

對(duì)被攝物體聚實(shí)焦點(diǎn)時(shí)，聚實(shí)點(diǎn)前后一定范圍內(nèi)看上去景物都是清晰的，這個(gè)前后的一定范圍就成為景深。

影響景深的因素：

①焦距。焦距越長(zhǎng)，景深越淺;焦距越短，景深越深。

②物距。距離越近，景深越淺;距離越遠(yuǎn)，景深越深。

③光圈。光圈越大，景深越淺;光圈越小，景深越深。

鏡頭接口類(lèi)型

02 鏡頭選型

鏡頭像面尺寸選擇

鏡頭焦距的選擇

估算法(適用于4nm以上的鏡頭)：某人距離攝像機(jī)10米。 ①要看清人臉，用20mm左右的鏡頭。 ②要看清人體輪廓，用10mm左右的鏡頭。 ③要監(jiān)控人的活動(dòng)畫(huà)面，用5mm左右的鏡頭。

各類(lèi)焦距效果

手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭

手動(dòng)光圈鏡頭：適用于光線基本保持恒定的室內(nèi)場(chǎng)所。手動(dòng)光圈是最簡(jiǎn)單的鏡頭，由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成，光通量靠鏡頭外徑上的一個(gè)環(huán)調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。 自動(dòng)光圈鏡頭：適用于光線變化大環(huán)境，如戶外或人工照明經(jīng)常開(kāi)關(guān)的地方。自動(dòng)光圈鏡頭目前分兩類(lèi)： ①視頻驅(qū)動(dòng)(VIDEO)驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身含放大器電路，用以將攝像頭傳來(lái)的視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。 ②直流(DC)驅(qū)動(dòng)型，利用攝像頭上的直流電壓來(lái)直接控制光圈，只包含電流計(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像機(jī)內(nèi)有放大器電路。

定焦、變焦鏡頭

定焦鏡頭：一般與電子快門(mén)攝像機(jī)配套，適用于室內(nèi)監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)的場(chǎng)所，一般分三類(lèi)：

①短焦距鏡頭(焦距小于成像尺寸)，又稱廣角鏡頭，主要用于環(huán)境照明條件差，監(jiān)視范圍要求寬的場(chǎng)合。

②中焦距鏡頭(焦距與成像尺寸相近)，又稱標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視sensor的尺寸而定。 ③長(zhǎng)焦距鏡頭(焦距大于成像尺寸)，又稱望遠(yuǎn)鏡頭，因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。

變焦鏡頭：又稱變倍鏡頭，變焦鏡頭在不改變拍攝距離的情況下，一定范圍內(nèi)可以變換焦距，相當(dāng)于若干個(gè)定焦鏡頭，可分為兩種：

①手動(dòng)變焦：有一個(gè)焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整焦距，一般用在對(duì)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況不十分了解，要求較為嚴(yán)格，用定焦鏡頭不易滿足要求的場(chǎng)合 ②電動(dòng)變焦：有兩個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可改變鏡頭的焦距(Zoom);另一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的對(duì)焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可完成鏡頭的對(duì)焦(Focus)。由于該鏡頭增加了兩個(gè)可遙控調(diào)整的功能，因而此種鏡頭也稱作電動(dòng)兩可變鏡頭。

03 鏡頭調(diào)試

鏡頭的組成

1.確認(rèn)鏡頭接口類(lèi)型是否與攝像機(jī)接口一致

2.移開(kāi)鏡頭防塵裝置，連接上鏡頭

3.對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭，還應(yīng)將鏡頭的控制線連接到攝像機(jī)的自動(dòng)光圈接口上

4.調(diào)節(jié)鏡頭變倍組，使鏡頭處于低倍的狀態(tài)下(大視場(chǎng)角)，調(diào)攝像機(jī)靶面調(diào)節(jié)環(huán)(背焦調(diào)節(jié))，使像面清晰

5.調(diào)節(jié)鏡頭聚焦組，確認(rèn)鏡頭從低倍(大視角)到高倍(小視角)變化過(guò)程中，調(diào)節(jié)調(diào)焦組均能使像面處于清晰狀態(tài)

注意事項(xiàng)

自動(dòng)光圈鏡頭調(diào)節(jié)：關(guān)閉攝像機(jī)上電子快門(mén)及逆光補(bǔ)償?shù)乳_(kāi)關(guān)，將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)欲監(jiān)視的場(chǎng)景，調(diào)整鏡頭的光圈與對(duì)焦環(huán)，使監(jiān)視器上的圖像最佳。

手動(dòng)光圈鏡頭調(diào)節(jié)：將攝像機(jī)的電子快門(mén)開(kāi)關(guān)置于ON，并在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)最為明亮(環(huán)境光照度最大)時(shí)，將鏡頭光圈盡可能開(kāi)大并仍使圖像為最佳(不能使圖像過(guò)于發(fā)白而過(guò)載)。

變焦鏡頭調(diào)節(jié)：應(yīng)先調(diào)節(jié)鏡頭的焦距組(Far-Near)，再調(diào)節(jié)聚焦組(Wide-Tele)。