监控摄像机镜头的选择和计算

镜头的选择和计算（一） 摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量指标优劣直接影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。 镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么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，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。 当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变 ccd 芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。 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。 １、镜头的分类 按外形功能分 按尺寸大小分 按光圈分 按变焦类型分 按焦距长矩分 ----------------------------------------------------------------- 球面镜头 1” 25mm 自动光圈 电动变焦 长焦距镜头 ----------------------------------------------------------------- 非球面镜头 1/2” 3mm 手动光圈 手动变焦 标准镜头 ----------------------------------------------------------------- 针孔镜头 1/3” 8.5mm 固定光圈 固定焦距 广角镜头 ----------------------------------------------------------------- 鱼眼镜头 2/3” 17mm （１）以镜头安装分类 所有的摄象机镜头均是螺纹口的，ｃｃｄ摄象机的镜头安装有两种工业标准，即ｃ安装座和ｃｓ安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。 ｃ安装座从镜头安装基准面到焦点的距离是 17.526mm 。 ｃｓ安装座特种ｃ安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是 12.5mm 。如果要将一个ｃ安装座镜头安装到一个ｃｓ安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器。 （２）以摄象机镜头规格分类 摄象机镜头规格应视摄象机的ｃｃｄ尺寸而定，两者应相对应。即 摄象机的ｃｃｄ靶面大小为１／２英寸时，镜头应选１／２英寸。 摄象机的ｃｃｄ靶面大小为１／３英寸时，镜头应选１／３英寸。 摄象机的ｃｃｄ靶面大小为１／４英寸时，镜头应选１／４英寸。 如果镜头尺寸与摄象机ｃｃｄ靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。 （３）以镜头光圈分类 镜头有手动光圈（ manual iris ）和自动光圈（ auto iris ）之分，配合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为ｄｃ输入型。 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。 另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用ｆ表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即ｆ＝ f （焦距）／ｄ（镜头实际有效口径），ｆ值越小，则光圈越大。 采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是 在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。 要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。 要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。 （４）以镜头的视场大小分类 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１２ mm ，在１／３英寸ｃｃｄ摄象机中，标准镜头焦距定为８ mm 。 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。 变倍镜头（ zoom lens ）也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。 可变焦点镜头（ vari-focus lens ）它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。 针孔镜头镜头直径几毫米，可隐蔽安装。 （５）从镜头焦距上分 短焦距镜头因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。 中焦距镜头标准镜头，焦距的长度视ｃｃｄ的尺寸而定。 长焦距镜头因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。 变焦距镜头通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。 ２、选择镜头的技术依据 （１）镜头的成像尺寸 应与摄象机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英寸等规格。 （２）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，但对拥护而言，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。由于摄象机ｃｃｄ靶面大小已经标准化，如１／２英寸摄象机，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英寸格式摄象机，镜头的分辨率应大于５０对线，摄象机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。 （３）镜头焦距与视野角度 首先根据摄象机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距 f 确定后，则由摄象机靶面决定了视野。 （４）光圈或通光量 镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以ｆ为标记，每个镜头上均标有其最大的ｆ值，通光量与ｆ值的平方成反比关系，ｆ值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。 ３、变焦镜头（ zoom lens ） 变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变