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                                                                                                              鏡頭知識講解  （索友高清鏡頭）

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。

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，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，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)計人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計人員要根據(jù)物距、成像大小計算鏡頭焦距，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自動光圈電動變焦、長焦距鏡頭女非球面鏡頭1／2”3mm手動光圈手動變焦標(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C安裝座鏡頭安裝到一個C S安裝座攝象機(jī)上時，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，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，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，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，觀察角度將不符合設(shè)計要求，或者發(fā)生畫面在焦點(diǎn)以外等問題。

    (3)以鏡頭光圈分類

    鏡頭有手動光圈(manual iris)和自動光圈(autoiris)之分，配合攝像機(jī)使用，手動光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場合，自動光圈鏡頭因亮度變更時其光圈亦作自動調(diào)整，故適用亮度變化的場合。自動光圈鏡頭有兩類：一類是將一個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。

    自動光圈鏡頭上的A L C(自動鏡頭控制)調(diào)整用于設(shè)定測光系統(tǒng)，可以整個畫面的平均亮度，也可以畫面中最亮部分(峰值)來設(shè)定基準(zhǔn)信號強(qiáng)度，供給自動光圈調(diào)整使用。一般而言，A L C已在出廠時經(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亮度極高的目標(biāo)時，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，此時可以調(diào)節(jié)A L C來變換畫面。

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

    采用自動光圈鏡頭，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，用自動光圈鏡頭可有較寬的動態(tài)范圍。

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

    (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，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類。

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，同時又可提供一個寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過設(shè)置

自動聚焦于最小焦距和最大焦距兩個位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過手動聚焦實現(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)為計量單位，計算公式為：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光圈還是用自動光圈鏡頭。

三、變焦鏡頭(zoom lens)

    變焦鏡頭有手動伸縮鏡頭和自動伸縮鏡頭兩大類。伸縮鏡頭由于在一個鏡頭內(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。

    在電動伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動光圈、直流驅(qū)動自動光圈、電動調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動調(diào)整和預(yù)置兩種，電動調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動，而預(yù)置則是通過鏡頭內(nèi)的電位計預(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、自動光圈鏡頭的應(yīng)用范圍

    手動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，手動光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成。光通量靠鏡頭外徑上的—個環(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)視某個固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動光圈鏡頭，比如在戶外或人工照明經(jīng)常開關(guān)的地方，自動光圈鏡頭的光圈的動作由馬達(dá)驅(qū)動，馬達(dá)受控于攝像機(jī)的視頻信號。

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

    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，一般都配自動光圈鏡頭。

    電動變焦距鏡頭，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：

    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，一個確定的焦距就意味著一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時，應(yīng)該充分考慮是觀測細(xì)節(jié)重要，還是有一個大的觀測范圍重要，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)律是前一個標(biāo)值時的曝光量正好是后一個標(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(MANUAL  IRIS)和自動光圈(AUTO IRIS)之分。配合攝像頭使用，手動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。自動光圈鏡頭會隨著光線的變化而自動調(diào)整，用于室外、人口等光線變化大且頻繁的場合。

    3、自動光圈鏡頭：自動光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)驅(qū)動型，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。對于各類自動光圈鏡頭，通常還有兩項可調(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(MANUAL ZOOM LENS)和電動(AUTO ZOOM LENS)兩種，手動變倍鏡頭一般用于科研項目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場面時，攝像頭通常要配合電動鏡頭和云臺使用。電動鏡頭的好處是變焦范圍大，既可以看大范圍的情況，也可以聚焦某個細(xì)節(jié)，再加上云臺可以上下左右的轉(zhuǎn)動，可視范圍就非常大了。電動鏡頭有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6倍電動鏡頭，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，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。

七、焦距的計算：

    1、公式計算法：視場和焦距的計算視場系指被攝取物體的大小，視場的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。

    (1)鏡頭的焦距，視場大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計算如下：

    f＝wL／W

    (2 )f＝hL／h

    f：鏡頭焦距

    w：圖象的寬度(被攝物體在ccd靶面上成象寬度)

    W：被攝物體寬度

    L：被攝物體至鏡頭的距離

    h：圖象高度(被攝物體在ccd靶面上成像高度)視場(攝取場景)高度

    H：被攝物體的高度

    ccd靶面規(guī)格尺寸：  單位mm

規(guī)格1／3”1／2”，2／3”1”

    W4．8 6．4 8．8 12．7

    H 3．64．8 6．6 9．6

    由于攝像機(jī)畫面寬度和高度與電視接收機(jī)畫面寬度和高度一樣，其比例均為4：3，當(dāng)L不變，H或W增大時，f變小，當(dāng)H或W不變，I增大時，f增大。

    2、視場角的計算：如果知道了水平或垂直視場角便可按公式計算出現(xiàn)場寬度和高度。水平視場角B(水平觀看的角度)  B=2tg-1＝

    垂直視場角q(垂直觀看的角度)q：2tg-1＝式中w、H、f同上水平視場角與垂直視場角的關(guān)系如下：

q＝或＝q

    表2中列出了不同尺寸攝像層和不同焦距f時的水平視場角b的值，如果知道了水平或垂直場角便可按下式計算出視場角便可按下式計算出視場高度H和視場寬度W．

    H=2Ltg、W=2Ltg

    例如：攝像機(jī)的攝像管為17mm(2／3h)，鏡頭焦距f為12mm，從表2中查得水

平視場角為40q2而鏡頭與被攝取物體的距離為2m，試求視場的寬度w。

    W=2Ltg-2 X 2tg=1．46m則H＝W＝X 1．46＝1．059m焦距f越和長，視場角

越小，監(jiān)視的目標(biāo)也就小。

圖解法

如前所示，攝像機(jī)鏡頭的視場由寬(W)。高(H)和與攝像機(jī)的距離(L)決定，一旦決定了攝像機(jī)要監(jiān)視的景物，正確地選擇鏡頭的焦距就由來3個因素決定；

*欲監(jiān)視景物的尺寸*．?dāng)z像機(jī)與景物的距離*．?dāng)z像機(jī)成像器的尺士：1／3”、1／2”、2／3”或1”。  圖解選擇鏡頭步驟：

 所需的視場與鏡頭的焦距有一個簡單的關(guān)系。利用這個關(guān)系可選擇適當(dāng)?shù)溺R頭。

 估計或?qū)崪y視場的最大寬度；估計或?qū)崪y量攝像機(jī)與被攝景物間的距離；使用1／3”鏡頭時使用圖2，使用1／2鏡頭時使用圖3，使用2／3”鏡頭時使用圖4，使用1鏡頭時使用圖5。具體方法：在以W和L為座標(biāo)軸的圖示2—5中，查出應(yīng)選用的鏡頭焦距。為確保景物完全包含在視場之中，應(yīng)選用座標(biāo)交點(diǎn)上，面那條線指示的數(shù)值。例如：

 視場寬50m,距離40m,使用1／3”格式的鏡頭，在座標(biāo)圖中的交點(diǎn)比代表4mm鏡頭的線偏上一點(diǎn)。這表明如果使用4mm鏡頭就不能覆蓋50m的視場。而用2．8mm的鏡頭則可以完全覆蓋視場。

    f=vD／V或f=hD／H

    其中，f代表焦距，v代表CCD靶面垂直高度，V代表被觀測物體高度，h代表CCD靶面水平寬度，H代表被觀測物體寬度。

    舉例：假設(shè)用1／2”CCD攝像頭觀測，被測物體寬440毫米，高330毫米，鏡頭焦點(diǎn)距物體2500毫米。

由公式可以算出：

    焦距f=6．4X2500／440c 36毫米或

    焦距f=4．8X2500／330c 36毫米

    當(dāng)焦距數(shù)值算出后，如果沒有對應(yīng)焦距的鏡頭是很正常的，這時可以根據(jù)產(chǎn)品目錄選擇相近的型號，一般選擇比計算值小的，這樣視角還會大一些