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高清监控摄像机镜头的参数及选用
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视频监控, 夜视仪, 摄像机,...
高清监控摄像机镜头是视频监视系统的关键设备,它相当于我们眼睛中的晶状体结构,负责把外面的景象影射到一个平面上。如果没有晶状体,人眼看不到任何物体;如果没有镜头,那么监控摄像头所输出的图像,就是白茫茫的一片,没有清晰的图像输出。与近视眼或远视眼同理,监控摄像头与镜头的配合也有类似现象,当镜头的成像平面不能正好位于摄像头的CCD芯片上时,图像就会变得不清楚。

由此可见,镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道:设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距,施工人员经常进行现场调试,其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。

一、高清监控摄像机镜头的分类

视频监控系统高清晰 监控摄像机镜头品种繁多,从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头,长焦镜头;从视场大小分有广角、标准,远摄镜头;结构上分有固定光圈定焦镜头,手动光圈定焦镜头,自动光圈定焦镜头,手动变焦镜头、自动变焦镜头,自动光圈电动变焦镜头,电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。

二、高清监控摄像机镜头的主要参数

1.焦距

我们知道,平行光纤通过凸透镜会汇聚于一个焦点,这个焦点离透镜中心位置的长度就是焦距。现有镜头一般都可以看成凸透镜组,对于焦距固定的镜头,即定焦镜头;焦距可以调节变化的镜头,就是变焦镜头。

焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大,视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑是观测细节重要,还是有一个大的观测范围重要,如果要看细节,就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜头。

焦距的大小不但决定着视场角的大小,也在一定程度上影响着图像的景深。对景深的理解我们可以从“对焦”说起,在调节高清晰监控摄像机时,我们通过调节相机镜头,使距离高清晰监控摄像机一定距离的景物清晰成像的过程,叫做对焦。那个景物所在的点,称为对焦点。

景深就是保证对焦点前后景物成像清晰的范围的总和,就叫做景深,意思是只要在这个范围之内的景物,都能清楚地拍摄到。景深的大小,首先与镜头焦距有关,焦距长的镜头,景深小,焦距短的镜头景深大。其次,景深与光圈有关,光圈越小,景深就越大;光圈越大景深就越大。一般来说,前景深小于后后景深,也就是说,精确对焦之后,对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像,而对焦点后面很长一段距离内的景物,都是清晰的。

(1)基于焦距的分类及应用 依据镜头的焦距是否可变,支持哪种变化方式,我们可以将高清晰控摄像机镜头分为定焦镜头、手动变焦镜头和电动变焦镜头。定焦和变焦镜头的选用一般取决于监视景物的特点和经济性。对于监视比较固定的地点,比如文物展台、收费窗口,使用定焦镜头具有一定的经济性,毕竟,定焦镜头比变焦镜头便宜。

我们无法确定具体哪个位置为最佳的对焦点时,比如一些狭长的通道或区域,采用变焦镜头有更大的灵活性,可以依据现场情况来确定定位于何种焦距是最合适的。至于变焦的范围,则可以根据监视范围的长度来确定,常用的规格有2.8~13mm,3.5~8mm几种。电动变焦镜头用于监控很大的场面时,通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大,既可以看大范围的情况,也可以聚焦某个细节,再加上云台可以上下左右的转动,可视范围就非常大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率,如果再知道基准焦距,就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头,基准焦距为8.5毫米,那么其变焦范围就是8.5到51毫米连续可调,视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V~16V,最大电流为30毫安。所以在选控制器时,要充分考虑传输线缆长度,如果距离太远,线路产生的电压下降会导致镜头无法控制,必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合JMQ控制。高清晰监控摄像机镜头焦距的长短与其视场角是密切相关的。镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。依据高清晰监控摄像机镜头水平视场角的大小,可以将高清晰监控摄像机镜头分为标准镜头(或称中焦镜头)、广角镜头(或称短焦镜头)、远摄镜头。

标准镜头:视角30度左右,在1/2英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为12mm,在1/3英寸CCD高清晰监控摄像机中,标准镜头焦距定为8mm,一般用于走道及小区周界等场所。

广角镜头:视角90度以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。

远摄镜头:视角20度以内,焦距可达几米甚至几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大,但使观察范围变小。

2.光阑系数

光阑系数即光圈指数,用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如6mm/P1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22等,其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4,1/2,1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值是后一数值的根号2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上的照度也就越大。

视频监控系统的高清晰监控摄像机镜头光圈有手动(MANUALIRIS)和自动光圈(AUTOIRIS)之分。手动光圈适合亮度变化不大的场合,它的进光量通过镜头上的光圈环调节,一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整通光孔径,保证进入高清晰监控摄像机的亮度相对稳定,用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。

自动光圈镜头目前分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流(DC)驱动型,利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,通常还有两项可调整旋钮,一是ALC调节(测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择,一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。

自动光圈镜头上的ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以整个画面的平均亮度,也可以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供给自动光圈调整使用。一般而言,ALC已在出厂时经过设定,可不作调整,但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时,明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象,而使得全部屏幕变成白色,此时可以调节ALC来变换画面。

(1)镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变,但对用户而言,需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率,以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N=180/画幅格式的高度。由于高清晰监控摄像机CCD靶面大小已经标准化,如1/2英寸高清晰监控摄像机,其靶面为宽6.4mm*高4.8mm,1/3英寸摄象机为宽4.8mm×高3.6mm。因此对1/2英寸格式的CCD靶面,镜头的最低分辨率应为38对线/mm,对1/3英寸格式高清晰监控摄像机,镜头的分辨率应大于50对线,高清晰监控摄像机的靶面越小,对镜头的分辨率越高。

(2)红外感应能力

由于玻璃对不同波长光线的折射率不同,故聚焦点的位置会有所差别,目前市面上的普通镜头可以做到把相差250nm左右波长的光线聚集到同一平面上,即430~650nm或者650~900nm范围内的光可以聚焦成功,呈现出清晰的图像,这就是为什么普通镜头白天调清晰了,夜视模糊,或者夜视调清晰了,白天模糊的原因。

专业感红外的镜头采用特殊的镜片(超低色散),能做到把430~900nm甚至更长波段范围的光线都聚集到同一平面上,所以不管白天还是夜视都是清晰的。

专业感红外的镜头由于镜片材料特殊,所以造价是很高的,为了降低价格,有些厂商采用镀膜的方式,利用特种材料对光线进行修正,也能部分达到红外感应镜头的效果,但是不好的镀膜技术很容易脱落和蒸发的,反而会影响镜头原本成像的清晰度。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/19/2014)
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