攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的zui關(guān)鍵設(shè)備,它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)劣直接影響攝像機(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)整到好的狀態(tài)。
1、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
非球面鏡頭
1/2”3mm
手動(dòng)光圈
手動(dòng)變焦
標(biāo)準(zhǔn)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。
CS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)CS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
攝象機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝象機(jī)的CCD尺寸而定,兩者應(yīng)相對應(yīng)。即
攝象機(jī)的CCD靶面大小為1/2英寸時(shí),鏡頭應(yīng)選1/2英寸。
攝象機(jī)的CCD靶面大小為1/3英寸時(shí),鏡頭應(yīng)選1/3英寸。
攝象機(jī)的CCD靶面大小為1/4英寸時(shí),鏡頭應(yīng)選1/4英寸。
如果鏡頭尺寸與攝象機(jī)CCD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(manualiris)和自動(dòng)光圈(autoiris)之分,配合攝象機(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象機(jī)輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈,稱為視頻輸入型,另一類則利用攝象機(jī)上的直流電壓來直接控制光圈,稱為DC輸入型。
自動(dòng)光圈鏡頭上的ALC(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zui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,ALC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*的目標(biāo)時(shí),明亮目標(biāo)物之影像可能會(huì)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)ALC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(huì)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zui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30度左右,在1/2英寸CCD攝象機(jī)中,標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm,在1/3英寸CCD攝象機(jī)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。
遠(yuǎn)攝鏡頭:視角20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(zoomlens):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-focuslens):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zui小距和zui大焦距兩個(gè)位置,但是從zui小焦距到zui大焦距之間的聚焦,則需通過手動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。
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(dòng)式,可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。
2、選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù)
(1)鏡頭的成像尺寸
應(yīng)與攝象機(jī)CCD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=180/畫幅格式的高度。由于攝象機(jī)CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,如1/2英寸
攝象機(jī),其靶面為寬6.4mm*高4.8mm,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CCD靶面,鏡頭的zui低分辨率應(yīng)為38對線/mm,對1/3英寸格式攝象機(jī),鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對線,攝象機(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)攝象機(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,則由攝象機(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zui大的F值,通光量與F值的平方成反比關(guān)系,F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。
3、變焦鏡頭(zoomlens)
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
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,F1.2)、8倍(4.5~36mm,F1.6)、10倍(8.0~80mm,F1.2)、12倍(6.0~72mm,F1.2)、20倍(10~200mm,F1.2)等檔次,并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用zui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。
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(huì)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)。
5、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zui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一個(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。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zui大
F值,例如6mm/F1.4代表zui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1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22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
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