监控摄像机镜头的选择和主要参数.doc

监控摄像机镜头得选择与主要参数
　　镜头相当于人眼得晶状体,如果没有晶状体,人眼瞧不到任何物体;如果没有镜头,那么摄像头所输出得图像就就是白茫茫得一片,没有清晰得图像输出,这与我们家用摄像机与照相机得原理就是一致得。 当人眼得肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时,也就就是人们常说得近视眼,眼前得景物就变得模糊不清;摄像头与镜头得配合也有类似现象,当图像变得不清楚时,可以调整摄像头得后焦点,改变CCD芯片与镜头基准面得距离(相当于调整人眼晶状体得位置),可以将模糊得图像变得清晰。由此可见,镜头在闭路监控系统中得作用就是非常重要得。工程设计人员与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,其中一部分就就是把镜头调整到最佳状态。
　　1、镜头得分类
　　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: 所有得摄象机镜头均就是螺纹口得,CCD摄象机得镜头安装有两种工业标准,即C安装座与CS安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面得距离同。C安装座:从镜头安装基准面到焦点得距离就是17、526mm。CS安装座:特种C安装,此时应将摄象机前部得垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点得距离就是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得CCD尺寸而定,两者应相对应。即摄象机得CCD靶面大小为1/2英寸时,镜头应选1/2英寸。摄象机得CCD靶面大小为1/3英寸时,镜头应选1/3英寸。摄象机得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)与自动光圈(auto iris)之分,配合摄象机使用,手动光圈镜头适合于亮度不变得应用场合,自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整,故适用亮度变化得场合。自动光圈镜头有两类:一类就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得光圈,称为视频输入型,另一类则利用摄象机上得直流电压来直接控制光圈,称为DC输入型。自动光圈镜头上得ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以整个画面得平均亮度,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,但就是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高得目标时,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,通过镜头得光通量会发生变化,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,对于下列应用情况就是理想得选择,它们就是:在诸如太阳光直射等非常亮得情况下,用自动光圈镜头可有较宽得动态范围。要求在整个视野有良好得聚焦时,用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大得景深。要求在亮光上因光信号导致得模糊最小时,应使用自动光圈镜头。
　　(4)以镜头得视场大小分类 :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12mm,在1/3英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为8mm。广角镜头:视角90度以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广得视景。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得物体影响放大,但使观察范围变小。变倍镜头(zoom lens):也称为伸缩镜头,有手动变倍镜头与电动变倍镜头两类。可变焦点镜头(varifocus 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与最大焦距两个位置,但就是从最小焦距到最大焦距之间得聚焦,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,可提供一个较宽广得视野。中焦距镜头:标准镜头,焦距得长度视CCD得尺寸而定。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。
　　1)　定焦距:焦距固定不变,可分为有光圈与无光圈两种。
　　?有光圈:镜头光圈得大小可以调节。根据环境光照得变化,应相应调节光圈得大小。光圈得大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈得,称为手动光圈;镜头自带微型电机自动调整光圈得,称为自动光圈。
　　?无光圈:即定光圈,其通光量就是固定不变得。主要用光源恒定或摄像机自带电子快门得情况。
　　2)　变焦距:焦距可以根据需要进行调整,使被摄物体得图像放大或缩小。
　　常用得变焦镜头为六倍、十倍变焦。
　　三可变镜头:可调焦距、调聚焦、调光圈。
　　二可变镜头:可调焦距、调聚焦、自动光圈。
　　注释:
　　变焦镜头焦平面得位置固定,而焦路可连续调节得光学系统。变焦就是通过移动镜头内部得镜片,改变它们之间得相对位置而实现得。这样就可以在一定范围内改变镜头得焦距长度与视角。
　　焦距透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处得距离。单位一般为毫米或英寸。
　　光圈位于摄像机镜头内部分得、可以调节得光学机械性阑也,可用来控制通过镜头得光线得多少。
　　自动光圈镜头内得隔膜装置,可根据电视摄像机传来得视频信号自行调节,以适应光照强度得变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送得光线。典型得补偿范围就是100001到3000001。
　　2、选择镜头得技术依据
　　(1)镜头得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)镜头得分辨率描述镜头成像质量得内在指标就是镜头得光学传递函数与畸变,但对用户而言,需要了解得仅仅就是镜头得空间分辨率,以每毫米能够分辨得黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N=180/画幅格式得高度。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英寸格式得CCD靶面,镜头得最低分辨率应为38对线/mm,对1/3英寸格式摄象机,镜头得分辨率应大于50对线,摄象机得靶面越小,对镜头得分辨率越高。
　　(3)镜头焦距与视野角度首先根据摄象机到被监控目标得距离,选择镜头得焦距,镜头焦距f确定后,则由摄象机靶面决定了视野。
　　(4)光圈或通光量镜头得通光量以镜头得焦距与通光孔径得比值来衡量,以F为标记,每个镜头上均标有其最大得F值,通光量与F值得平方成反比关系,F值越小,则光圈越大。所以应根据被监控部分得光线变化程度来选择用手动光圈还就是用自动光圈镜头。
　　3、变焦镜头(zoom lens)变焦镜头有手动伸缩镜头与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化,因此可以使被监控得目标放大或缩小,所以也常被成为变倍镜头。典型得光学放大规格有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)等档次,并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数,除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中,光圈得调整有三种,即:自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦与变倍得调整,则只有电动调整与预置两种,电动调整就是由镜头内得马达驱动,而预置则就是通过镜头内得电位计预先设置调整停止位,这样可以免除成像必须逐次调整得过程,可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中,大部分采用带预置位得伸缩镜头。另一项令用户感兴趣得则就是快速聚焦功能,它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。
　　4、镜头与摄像机CCD尺寸得关系 1/2"镜头既可用于1/2"摄像机,也可用于1/3"摄像机,但视角会减少25%左右。1/3"镜头不能用于1/2"摄像机,只能用于1/3"摄像机。
　　5、不同种类镜头得应用范围
　　* 手动、自动光圈镜头得应用范围手动光圈镜头就是得最简单得镜头,适用于光照条件相对稳定得条件下,手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上得一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大得环境中或不就是用来监视某个固定目标,应采用自动光圈镜头,比如在户外或人工照明经常开关得地方,自动光圈镜头得光圈得动作由马达驱动,马达受控于摄像机得视频信号。手动光圈镜头与自动光圈镜头又有定焦距(光圈)镜头自动光圈镜头与电动变焦距镜头之分。
　　* 定焦距(光圈)镜头,一般与电子快门摄像机配套,适用于室内监视某个固定目标得场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头,中焦距镜头与短焦距镜头。中焦距镜头就是焦距与成像尺寸相近得镜头;焦距小于成像尺寸得称为短距镜头,短焦距镜头又称广角镜头,该镜头得焦距通常就是28mm以下得镜头,短焦距镜头主要用于环境照明条件差,监视范围要求宽得场合,焦距大于成像尺寸得称为长焦距镜头,长焦距镜头又称望远镜头,这类镜头得焦距一般在150mm以上,主要用于监视较远处得景物。
　　* 手动光圈镜头,可与电子快门摄像机配套,在各种光线下均可使用。
　　*自动光圈镜头,(EF)可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大得场所。为了避免引起光晕现象与烧坏靶面,一般都配自动光圈镜头。
　　* 电动变焦距镜头,可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,变焦距镜头就是通过遥控装置来进行光对焦,光圈开度,改变焦距大小得。
　　6、镜头得主要性能指标有以下几个:
　　( 1) 焦距:焦距得大小决定着视场角得大小,焦距数值小,视场角大,所观察得范围也大,但距离远得物体分辨不很清楚;焦距数值大,视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远得物体也可以瞧得清清楚楚。由于焦距与视场角就是一一对应得,一个确定得焦距就意味着一个确定得视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑就是观测细节重要,还就是有一个大得观测范围重要,如果要瞧细节,就选择长焦距镜头;如果瞧近距离大场面,就选择小焦距得广角镜头。
　　(2 )光阑系数:即光通量,用F表示,以镜头焦距f与通光孔径D得比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如6mm/F1、4代表最大孔径为4、29毫米。光通量与F值得平方成反比关系,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列得标值为1、4,2,2、8,4,5、6,8,11,16,22等,其规律就是前一个标值时得曝光量正好就是后一个标值对应曝光量得2倍。也就就是说镜头得通光孔径分别就是1/1、4,1/2,1/2、8,1/4,1/5、6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值就是后一数值得根号2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上得照度也就越大。另外镜头得光圈还有手动(MANUAL IRIS)与自动光圈(AUTO IRIS)之分。配合摄像头使用,手动光圈适合亮度变化不大得场合,它得进光量通过镜头上得光圈环调节,一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线得变化而自动调整,用于室外、入口等光线变化大且频繁得场合。
　　( 3) 自动光圈镜头: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,用以将摄像头传来得视频幅度信号转换成对光圈马达得控制。另一类称为直流(DC)驱动型,利用摄像头上得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,一就是ALC调节(测光调节),有以峰值测光与根据目标发光条件平均测光两种选择,一般取平均测光档;另一个就是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。
　　( 4) 变倍镜头:变倍镜头分为手动(MANUAL ZOOM LENS)与电动
(AUTO ZOOM LENS)两种,手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大得场面时,摄像头通常要配合电动镜头与云台使用。电动镜头得好处就是变焦范围大,既可以瞧大范围得情况,也可以聚焦某个细节,再加上云台可以上下左右得转动,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得可变范围。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。电动镜头得控制电压一般就是直流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,线路产生得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解码器控制。
镜头焦距      搭配1/3" CCD      搭配1/4" CCD      二者差得异性
2、8 mm         89、9°             75、6°            14、3°
3、6 mm         75、7 °            62、2°            13、5°
4 mm           69、9 °            57、0°            12、9°
6 mm           50、0 °            39、8°            10、2°
8 mm           38、5 °            30、4°             8、1°
12 mm          26、2 °            20、5°             5、7°
16 mm          19、8 °            15、4°             4、4°
25 mm          10、6 °            8、3°              2、3°
60 mm          5、3 °             4、1°              1、2°