監(jiān)控?cái)z像機(jī)鏡頭的選擇和主要參數(shù)

攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)勢直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。

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，這與我們家用攝像機(jī)和照相機(jī)的原理是一致的。

   當(dāng)人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時(shí)，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(shí)，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，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。

  由此可見，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(jì)人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計(jì)人員要根據(jù)物距、成像大小計(jì)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)。

 

一、鏡頭的分類

按外形功能分、按尺寸大小分、按光圈分、按變焦類型分、按焦距長矩分：

*球面鏡頭1”25mm自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦、長焦距鏡頭女非球面鏡頭1／2”3mm手動(dòng)光圈手動(dòng)變焦標(biāo)準(zhǔn)鏡頭

*針孔鏡頭1／3” 8．5mm固定光圈固定焦距廣角鏡頭

*魚眼鏡頭2／3”17mm

(1)以鏡頭安裝分類

所有的攝象機(jī)鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機(jī)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(diǎn)的距離是17．526mm。

C S安裝座：特種C安裝，此時(shí)應(yīng)將攝象機(jī)前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12．5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭安裝到一個(gè)C S安裝座攝象機(jī)上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。

(2)以攝象機(jī)鏡頭規(guī)格分類

攝像機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝象機(jī)的C C D尺寸而定，兩者應(yīng)相對應(yīng)。

即：

*攝像機(jī)的C C D靶面大小為1／2英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1／2英寸。

*攝像機(jī)的C CD靶面大小為1／3英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1／3英寸。

*攝像機(jī)的C C D靶面大小為1／4英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1／4英寸。

如果鏡頭尺寸與攝像機(jī)C C D靶面尺寸不一致時(shí)，觀察角度將不符合設(shè)計(jì)要求，或者發(fā)生畫面在焦點(diǎn)以外等問題。

(3)以鏡頭光圈分類

鏡頭有手動(dòng)光圈(manual iris)和自動(dòng)光圈(autoiris)之分，配合攝像機(jī)使用，手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場合，自動(dòng)光圈鏡頭因亮度變更時(shí)其光圈亦作自動(dòng)調(diào)整，故適用亮度變化的場合。自動(dòng)光圈鏡頭有兩類：一類是將一個(gè)視頻信號及電源從攝像機(jī)輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝像機(jī)上的直流電壓來直接控制光圈，稱為D C輸入型。

自動(dòng)光圈鏡頭上的A L C(自動(dòng)鏡頭控制)調(diào)整用于設(shè)定測光系統(tǒng)，可以整個(gè)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(qiáng)度，供給自動(dòng)光圈調(diào)整使用。一般而言，A L C已在出廠時(shí)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(gè)亮度極高的目標(biāo)時(shí)，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(shí)可以調(diào)節(jié)A L C來變換畫面。

另外，自動(dòng)光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)光圈環(huán)時(shí)，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(shí)際有效口徑)， F值越小，則光圈越大。

采用自動(dòng)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(dòng)光圈鏡頭可有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。

要求在整個(gè)視野有良好的聚焦時(shí)，用自動(dòng)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(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)光圈鏡頭。

(4)以鏡頭的視場大小分類

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角3 0度左右，在1／2英寸CCD攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為1 2 mm，在1／3英寸C CD攝像機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8 mm。

廣角鏡頭：視角9 0度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。

遠(yuǎn)攝鏡頭：視角2 0度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。

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

可變焦點(diǎn)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(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過設(shè)置

自動(dòng)聚焦于最小焦距和最大焦距兩個(gè)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(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。

針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。

(5)從鏡頭焦距上分

短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。

中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長度視C C D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(dòng)式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。

 

 

二、選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù)

(1)鏡頭的成像尺寸

應(yīng)與攝像機(jī)C C D靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2／3英寸、1／2英寸、1／3英寸、1／4英寸、1／5英寸等規(guī)格。

(2)鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對擁護(hù)而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計(jì)量單位，計(jì)算公式為：鏡頭分辨率N二1 8 0／畫幅格式的高度。由于攝像機(jī)CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如1／2英寸攝像機(jī)，其靶面為寬6.4mm*高4.8mln，1／3英寸攝象機(jī)為寬4.8mm×高3．6mm。因此對1／2英寸格式的C C D靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為3 8對線／mm，對1／3英寸格式攝像機(jī)，鏡頭的分辨率應(yīng)大于5 0對線，攝像機(jī)的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

(3)鏡頭焦距與視野角度

首先根據(jù)攝像機(jī)到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f確定后，則由攝像機(jī)靶面決定了視野。

(4)光圈或通光量

鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標(biāo)記，每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大的F值，通光量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來選擇用手動(dòng)光圈還是用自動(dòng)光圈鏡頭。

 

 

三、變焦鏡頭(zoom lens)

變焦鏡頭有手動(dòng)伸縮鏡頭和自動(dòng)伸縮鏡頭兩大類。伸縮鏡頭由于在一個(gè)鏡頭內(nèi)能夠使鏡頭焦距在一定范圍內(nèi)變化，因此可以使被監(jiān)控的目標(biāo)放大或縮小，所以也常被成為變倍鏡頭。典型的光學(xué)放大規(guī)格有6倍(6.0-36mm，F(xiàn)1.2)、8倍(4．5-36mm，F(xiàn)1．6)、1 0倍(8．0-80mm，F(xiàn)1．2)、12倍(6.0-72mm，F(xiàn)1．2)、2 0倍(10-200mm，F(xiàn)1.2)等檔次，并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。為增大放大倍數(shù)，除光學(xué)放大外還可施以電子數(shù)碼放大。

在電動(dòng)伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動(dòng)光圈、直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈、電動(dòng)調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動(dòng)調(diào)整和預(yù)置兩種，電動(dòng)調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而預(yù)置則是通過鏡頭內(nèi)的電位計(jì)預(yù)先設(shè)置調(diào)整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調(diào)整的過

程，可精確與快速定位。在球形罩一體化攝像系統(tǒng)中，大部分采用帶預(yù)置位的伸縮鏡頭。

另一項(xiàng)令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測焦系統(tǒng)與電動(dòng)變焦反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。

 

 

四、鏡頭與攝像機(jī)CCD

尺寸的關(guān)系

1／2”鏡頭既可用于1／2”攝像機(jī)，也可用于1／3”攝像機(jī)，但視角會減少25％左右。

1／3”鏡頭不能用于1／2”攝像機(jī)，只能用于1／3”攝像機(jī)。

 

 

五、不同種類鏡頭的應(yīng)用范圍

手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的應(yīng)用范圍

手動(dòng)光圈鏡頭是的最簡單的鏡頭，適用于光照條件相對穩(wěn)定的條件下，手動(dòng)光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成。光通量靠鏡頭外徑上的—個(gè)環(huán)調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。

在照明條件變化大的環(huán)境中或不是用來監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動(dòng)光圈鏡頭，比如在戶外或人工照明經(jīng)常開關(guān)的地方，自動(dòng)光圈鏡頭的光圈的動(dòng)作由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)受控于攝像機(jī)的視頻信號。

手動(dòng)光圈鏡頭和自動(dòng)光圈鏡頭又有定焦距(光圈)鏡頭自動(dòng)光圈鏡頭和電動(dòng)變焦距鏡頭之分。

定焦距(光圈)鏡頭，一般與電子快門攝像機(jī)配套，適用于室內(nèi)監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)的場所作用。

定焦距鏡頭一般又分為長焦距鏡頭，中焦距鏡頭和短焦距鏡頭。中焦距鏡頭是焦距與成像尺寸相近的鏡頭；焦距小于成像尺寸的稱為短距鏡頭，短焦距鏡頭又稱廣角鏡頭，該鏡頭的焦距通常是28mm以下的鏡頭，短焦距鏡頭主要用于環(huán)境照明條件差，監(jiān)視范圍要求寬的場合，焦距大于成像尺寸的稱為長焦距鏡頭，長焦距鏡頭又稱望遠(yuǎn)鏡頭，這類鏡頭的焦距一般在150mm以上，主要用于監(jiān)視較遠(yuǎn)處的景物。

手動(dòng)光圈鏡頭，可與電子快門攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用。

自動(dòng)光圈鏡頭，(EF)可與任何CCD攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，特別用于被監(jiān)視表面亮度變化大、范圍較大的場所。為了避免引起光暈現(xiàn)象和燒壞靶面，一般都配自動(dòng)光圈鏡頭。

電動(dòng)變焦距鏡頭，可與任何CCD攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，變焦距鏡頭是通過遙控裝置來進(jìn)行光對焦，光圈開度，改變焦距大小的。

 

 

六、鏡頭的主要性能指標(biāo)有以下幾個(gè)：

1、焦距：焦距的大小決定著視場角的大小，焦距數(shù)值小，視場角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚；焦距數(shù)值大，視場角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場角是一一對應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長焦距鏡頭；如果看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

2、光闌系數(shù)：即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大F值，例如6mm／P1．4代表最大孔徑為4．29毫米。光通量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標(biāo)值為1.4，2，2.8，4，5.6，8，1 1，16，22等，其規(guī)律是前一個(gè)標(biāo)值時(shí)的曝光量正好是后一個(gè)標(biāo)值對應(yīng)曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4，1／2，1／2.8，1／4，1／5.6，1／8，1／11，1／16，1／22，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號2倍，因此光圈指數(shù)越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。另外鏡頭的光圈還有手動(dòng)(MANUAL IRIS)和自動(dòng)光圈(AUTO IRIS)之分。配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈適合亮度變化不大的場合，它的進(jìn)光量通過鏡頭上的光圈環(huán)調(diào)節(jié)，一次性調(diào)整合適為止。自動(dòng)光圈鏡頭會隨著光線的變化而自動(dòng)調(diào)整，用于室外、人口等光線變化大且頻繁的場合。

3、自動(dòng)光圈鏡頭：自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，用以將攝像頭傳來的視頻幅度信號轉(zhuǎn)換成對光圈馬達(dá)的控制。另一類稱為直流(DC)驅(qū)動(dòng)型，利用攝像頭上的直流電壓來直接控制光圈。這種鏡頭只包含電流計(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對于各類自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)可調(diào)整旋鈕，一是ALC調(diào)節(jié) (測光調(diào)節(jié))，有以峰值測光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測光兩種選擇， 一般取平均測光檔；另一個(gè)是LEVEL調(diào)節(jié)(靈敏度)，可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。

4、變倍鏡頭：變倍鏡頭分為手動(dòng)(MANUAL ZOOM LENS)和電動(dòng)(AUTO ZOOM LENS)兩種，手動(dòng)變倍鏡頭一般用于科研項(xiàng)目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場面時(shí)，攝像頭通常要配合電動(dòng)鏡頭和云臺使用。電動(dòng)鏡頭的好處是變焦范圍大，既可以看大范圍的情況，也可以聚焦某個(gè)細(xì)節(jié)，再加上云臺可以上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍就非常大了。電動(dòng)鏡頭有6倍、10倍、15倍、20倍等多種倍率，如果再知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個(gè)6倍電動(dòng)鏡頭，基準(zhǔn)焦距為8．5毫米，那么其變焦范圍就是8．5到51毫米連續(xù)可調(diào)，視場角為31．3到5．5度。電動(dòng)鏡頭的控制電壓一般是直流8V～16V，最大電流為30毫安。所以在選控制器時(shí)，要充分考慮傳輸線纜長度，如果距離太遠(yuǎn)，線路產(chǎn)生的電壓下降會導(dǎo)致鏡頭無法控制，必須提高輸入控制電壓或更換視頻矩陣主機(jī)配合解碼器控制。