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鏡頭的應用

發布時間:2014-07-23 浏覽次數:10405次 字體大小【 】 【關閉本頁


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  鏡頭的硬性指標
  1、鏡頭焦距:方案設計人員在考慮鏡頭指標時需要根據監控目標的位置、距離、CCD規格,以及監控目標在監視器上的圖像效果等綜合地來進行考慮,以選擇最合適的焦距的鏡頭。比如,生産線監控,一般需要監看比較近的物體,而且對清晰度要求較高。這種情況,定焦鏡頭的效果一般要比變焦的好,所以通常會選擇短焦距定焦鏡頭。
  如2.8mm、4mm、6mm、8mm等。又如監控室內目標時,選擇的焦距不會太大,一般會選擇短焦距的手動變焦鏡頭,如3.0-8.2mm、2.7-12.5mm等;道路監控中,多車道監控要用焦距短一些的,如6-15mm;十字路口的紅綠燈車牌監控要用相應長一些的焦距,如6-60mm;城市治安監控一般就要用到焦距更長一些的電動變焦鏡頭,如6-60mm、8-80mm、7.5-120mm等;高速公路、鐵路、河道、環境檢測、森林防火、機場、邊海防等,一般要用到大變倍長焦距的電動變焦鏡頭,如10-220mm、13-280mm、10-330mm、15-500mm及10-1100mm等。
  2、視場角範圍:視場角範圍計算是有公式的,知道鏡頭的焦距、CCD尺寸,視場角就可以推算出來。鏡頭有這樣的規律:焦距越大,監控得越遠,視場角就越小;焦距越小,監控距離就近,視場角就大,焦距和視場角是反比關系。如在一些有手動變焦鏡頭需求的項目中,視場角範圍是最先需要考慮的,所以一般會根據視場角範圍來確定所選焦距範圍。電動變焦鏡頭因爲是可以根據現場環境隨時用鍵盤控制變焦、聚焦的,所以視場角範圍不是太需要考慮。但是當電動變焦鏡頭的起始焦距過大(比如起始焦距超過20mm)時,是無法實現大範圍監控的。
  3、鏡頭的光圈:鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量(F=f/D),以F標記。每個鏡頭上均標有其最大F值,F值越小,則光圈越大。對于恒定光照條件的環境,可以選用固定光圈的鏡頭,這種一般爲實驗室環境;對于光照度變化不明顯的環境,常會選用手動光圈鏡頭,即將光圈調到一個比較理想的數值後固定下來就可以了;如果照度變化較大,需24小時的全天候室外監控,應選用自動光圈鏡頭。
  自動光圈鏡頭分爲兩類:一類稱爲視頻(VIDEO)驅動型,鏡頭本身包含放大器電路,采用將攝像頭傳來的視頻幅度信號轉換成對光圈馬達的控制。另一類稱爲直流(DC)驅動型,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,要求攝像頭內有放大器電路。對于各類自動光圈鏡頭,通常還有兩項可調整旋鈕,一是ALC調節(測光調節),有以峰值測光和根據目標發光條件平均測光兩種選擇,一般取平均測光檔。另一個是LEVEL調節,可使輸出圖像變得明亮或者暗淡。但需注意的是,如果光照度一直是不均勻的,比如監控目標與背景光反差較大時,采用自動光圈鏡頭的話,光圈的電機可能會一直處于隨時動作的狀態,監控的效果並不理想,這種情況下,一般需要鏡頭配合攝像機的背光補償功能來實現,采用寬動態的攝像機也會有比較不錯的效果。
  鏡頭的光圈開到最大的時候,它的解像力一般是最高的。至于原因可以用一個比喻來說明:假設鏡頭有10000個小洞來透光的,光源A,成像爲B,在最大光圈情況下,A透過10000個洞形成的B是由10000個像組成的;在小光圈下,鏡頭中只有100個小洞是開放的,所以B只有100個像組成;在中等光圈下,這個值大概是2000左右,所以這個時候解像力就遠高于小光圈。但是爲什麽我們不一直用大光圈從而獲得最佳的解像力呢?這就牽涉到鏡頭的另外一個指標--景深。當鏡頭對物體對焦時,在物體(聚焦點)前後若幹距離內的物體,也會有比較清晰影像,景深即是這段前後比較清晰的距離範圍。鏡頭的光圈和景深的大小成反比,大光圈的時候,幾乎沒有景深可言,得到的監控圖像的背景將一片模糊。所以鏡頭的光圈並非是越大越好,還要看監控的環境。
  4、鏡頭的成像圓尺寸:在監控項目中,與槍型攝像機匹配的鏡頭的成像圓口徑一般爲1/3英寸或1/2英寸。鏡頭的成像圓不應小于攝像機的CCD尺寸,否則將出現黑角。相同焦距不同口徑的鏡頭匹配同樣尺寸的攝像機時,監控到的物體的距離及得到的視場角是有差異的。如在1/2英寸CCD的攝象機中,標准鏡頭焦距大概爲12mm時,有30°的視場角;而在1/3英寸CCD的攝象機中,標准鏡頭焦距在8mm左右即可擁有30°的視場角。
  最後,還需要考慮鏡頭的接口類型,鏡頭接口與攝像機接口要一致。現在攝像機和鏡頭通常都是CS型接口,CS型攝像機可以和CS型、C型鏡頭配接,但和C型鏡頭接配時,必須在鏡頭和攝像機之間加轉接環,否則可能碰壞CCD成像面的保護玻璃,造成CCD攝像機的損壞。C型攝像機不能和CS型鏡頭配接。
  鏡頭的可選性指標
  鏡頭可選性指標,如有AS非球面鏡頭、紅外感應(IR)鏡頭、SD超低色散鏡頭、百萬像素高清鏡頭、電動變焦AF自動聚焦鏡頭等。下面逐點進行論述。
  1、AS非球面鏡片
  AS非球面技術大家都不陌生。改球面鏡片爲非球面鏡片,從而將鏡片邊緣部最容易出現的球面像差糾正。體現在監控圖像上,即改善廣角時畫面周邊的成像質量;而且由于一片非球面可以抵得上數片球面鏡片的作用,鏡片數康減少,也會減少色差,增加圖像的對比度;並且鏡頭的長度將會有所減小,容易做出長度更短的鏡頭,但爲了盡可能增大光亮度指標,鏡頭的口徑一般不會變小,反而越大越好;再次,鏡片數康減少,光通過鏡頭時的損耗會小很多,也容易做出更大光通量的鏡頭,如F0.98。
  2、IR日夜轉化
  IR日夜型鏡頭采用添加特殊元素的玻璃材料,提高了紅外光波段的折射和聚焦率,使其更接近可見光的折射率水平,所以紅外IR鏡頭可以做到白天和夜晚的共焦面,使監控畫面全天候清晰。
  3、SD超低色散鏡片
  SD超低色散鏡片,由于玻璃中采用了特殊的材料,分爲FK01和FK02兩個等級,具有高折射低色散的特性,主要是針對可見光部分的光線,能使彩色圖像鮮豔銳利。
  4、百萬像素高清鏡頭
  百萬像素本來是描述感光元件的像素數康,現在被鏡頭廠商引伸出來加以利用了。鏡頭本身沒有像素概念,但鏡頭的解像力有好有差。有的鏡頭廠家用單位距離內表現的黑白線對數來表現鏡頭的解像力,以區分普通鏡頭和百萬像素鏡頭,也不失爲一種表現手法。解像力就是一個鏡頭對于細節捕捉解析度高低的評估,解像力高的鏡頭,對于線條點塊記錄較爲細膩,對于色彩的微小變化也能忠實反映。
  但這個特點卻與銳度不是一回事,銳度一般指的是圖形邊緣的清晰程度,而解像力更多指的是層次而言。上文提過,同焦距條件下的定焦鏡頭成像一般要比變焦鏡頭好,好在哪裏呢?定焦鏡頭解像力高,原因何在?就是因爲鏡頭設計簡單,用的鏡片數量少,從而可以提高圖像的對比度,減少色差等。應用AS非球面鏡片、SD超低色散鏡片同樣可以提高鏡頭解像力。
  目前市場上出現的手動變焦百萬像素鏡頭價格要比普通鏡頭高出數倍,加上網絡攝像機中CMOS本身的一些缺陷,數據流的增大導致的傳輸帶寬不夠,以及存儲上的問題,目前還沒有辦法大規模普及百萬像素。但百萬像素系統在外界條件允許的情況下,得到的圖像質量確實比模擬的圖像質量高出很多,視頻截取放大後仍然清晰地監控圖像在協助公安部門偵破犯罪案件方面有著很大的潛力。
  5、電動鏡頭AF自動聚焦技術
  AF自動對焦鏡頭,通過鏡頭內置的微處理器,對攝像機給出的複合視頻信號取樣、對比,給出圖像明暗度的轉換電壓,驅動聚焦電機掃描,掃描過程中的最高電壓即聚焦點的目標。經過1-3秒的搜索響應時間,即可實現清晰聚焦。自動聚焦鏡頭爲目前比較尖端的應用,匹配模擬攝像機及帶有模擬和網絡兩種輸出信號的百萬像素網絡攝像機都可以實現。對同時需要操控雲台轉向及變焦、聚焦的普通監控來說,自動聚焦鏡頭只需轉動雲台方向即可實現清晰監控,監控遠處目標也只需拉大變焦按鍵即可實現,免去了繁瑣的監控過程,真正實現了隨心監控。
  6、鏡頭穿塵透霧功能
  穿塵透霧是安防行業近期比較流行的一種監控需求。可見光在通過空氣中的煙塵或霧氣時,會被阻擋反射而無法通過,所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣後門的物體的。而近紅外光線由于波長較長,可以繞過煙塵和霧氣並穿透過去,並且攝像機的感光元件可以感應到這部分近紅外光,所以就可以利用這部分光線來實現穿塵透霧的監控。

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