攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它相當(dāng)于我們眼睛中的晶狀體結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)把外面的景象影射到一個(gè)平面上。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。與近視眼或遠(yuǎn)視眼同理，攝像頭與鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當(dāng)鏡頭的成像平面不能正好位于攝像頭的CCD芯片上時(shí)，圖像就會(huì)變得不清楚。
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)整到最佳狀態(tài)。
一、攝像機(jī)鏡頭的分類
視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)鏡頭品種繁多，從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長焦鏡頭;從視場大小分有廣角、標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)攝鏡頭;結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭，手動(dòng)光圈定焦鏡頭，自動(dòng)光圈定焦鏡頭，手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)變焦鏡頭，自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭，電動(dòng)三可變(光圈、焦距、聚焦均可變)鏡頭等。
二、攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)
1.焦距
我們知道，平行光纖通過凸透鏡會(huì)匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)，這個(gè)焦點(diǎn)離透鏡中心位置的長度就是焦距。現(xiàn)有鏡頭一般都可以看成凸透鏡組，對(duì)于焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭;焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭，就是變焦鏡頭。
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(duì)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。
焦距的大小不但決定著視場角的大小，也在一定程度上影響著圖像的景深。對(duì)景深的理解我們可以從“對(duì)焦”說起，在調(diào)節(jié)攝像機(jī)時(shí)，我們通過調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭，使距離攝像機(jī)一定距離的景物清晰成像的過程，叫做對(duì)焦。那個(gè)景物所在的點(diǎn)，稱為對(duì)焦點(diǎn)。景深就是保證對(duì)焦點(diǎn)前后景物成像清晰的范圍的總和，就叫做景深，意思是只要在這個(gè)范圍之內(nèi)的景物，都能清楚地拍攝到。景深的大小，首先與鏡頭焦距有關(guān)，焦距長的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭景深大。其次，景深與光圈有關(guān)，光圈越小，景深就越大;光圈越大景深就越小。一般來說，前景深小于后后景深，也就是說，精確對(duì)焦之后，對(duì)焦點(diǎn)前面只有很短一點(diǎn)距離內(nèi)的景物能清晰成像，而對(duì)焦點(diǎn)后面很長一段距離內(nèi)的景物，都是清晰的。
(1)基于焦距的分類及應(yīng)用
依據(jù)鏡頭的焦距是否可變，支持哪種變化方式，我們可以將攝像機(jī)鏡頭分為定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭和電動(dòng)變焦鏡頭。定焦和變焦鏡頭的選用一般取決于監(jiān)視景物的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于監(jiān)視比較固定的地點(diǎn)，比如文物展臺(tái)、收費(fèi)窗口，使用定焦鏡頭具有一定的經(jīng)濟(jì)性，畢竟，定焦鏡頭比變焦鏡頭便宜。
我們無法確定具體哪個(gè)位置為最佳的對(duì)焦點(diǎn)時(shí)，比如一些狹長的通道或區(qū)域，采用變焦鏡頭有更大的靈活性，可以依據(jù)現(xiàn)場情況來確定定位于何種焦距是最合適的。至于變焦的范圍，則可以根據(jù)監(jiān)視范圍的長度來確定，常用的規(guī)格有2.8～13mm，3.5～8mm幾種。
電動(dòng)變焦鏡頭用于監(jiān)控很大的場面時(shí)，通常要配合電動(dòng)鏡頭和云臺(tái)使用。電動(dòng)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(gè)細(xì)節(jié)，再加上云臺(tái)可以上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍就非常大了。電動(dòng)鏡頭有6倍、10倍、15倍、20倍等多種倍率，如果知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個(gè)6倍電動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(huì)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。
攝像機(jī)鏡頭焦距的長短與其視場角是密切相關(guān)的。鏡頭視場角可分為圖像水平視場角以及圖像垂直視場角，且圖像水平視場角大于圖像垂直視場角，通常我們所講的視場角一般是指鏡頭的圖像水平視場角。
依據(jù)攝像機(jī)鏡頭水平視場角的大小，可以將攝像機(jī)鏡頭分為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(或稱中焦鏡頭、)、廣角鏡頭(或稱短焦鏡頭)、遠(yuǎn)攝鏡頭。
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攝像機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm，一般用于走道及小區(qū)周界等場所。
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。
2.光闌系數(shù)
光闌系數(shù)即光圈指數(shù)，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1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22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(duì)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(hào)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。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)鏡頭光圈有手動(dòng)和自動(dòng)光圈之分。手動(dòng)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(dòng)光圈鏡頭會(huì)隨著光線的變化而自動(dòng)調(diào)整通光孔徑，保證進(jìn)入攝像機(jī)的亮度相對(duì)穩(wěn)定，用于室外、人口等光線變化大且頻繁的場合。
自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻驅(qū)動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。
另一類稱為直流(DC)驅(qū)動(dòng)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(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對(duì)于各類自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)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(gè)是LEVEL調(diào)節(jié)(靈敏度)，可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。
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，也可以畫面中最亮部分(峰值)來設(shè)定基準(zhǔn)信號(hào)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(duì)于拍攝景物中包含有一個(gè)亮度極高的目標(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。
(1)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(duì)用戶而言，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二180/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4.8mn，1/3英寸攝象機(jī)為寬4.8mm×高3.6mm。因此對(duì)1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對(duì)線/mm，對(duì)1/3英寸格式攝像機(jī)，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對(duì)線，攝像機(jī)的靶面越小，對(duì)鏡頭的分辨率越高。
(2)紅外感應(yīng)能力
由于玻璃對(duì)不同波長光線的折射率不同，故聚焦點(diǎn)的位置會(huì)有所差別，目前市面上的普通鏡頭可以做到把相差250nm左右波長的光線聚集到同一平面上，即430～650nm或者650～900nm范圍內(nèi)的光可以聚焦成功，呈現(xiàn)出清晰的圖像，這就是為什么普通鏡頭白天調(diào)清晰了，夜視模糊，或者夜視調(diào)清晰了，白天模糊的原因。
專業(yè)感紅外的鏡頭采用特殊的鏡片(超低色散)，能做到把430～900nm甚至更長波段范圍的光線都聚集到同一平面上，所以不管白天還是夜視都是清晰的。
專業(yè)感紅外的鏡頭由于鏡片材料特殊，所以造價(jià)是很高的，為了降低價(jià)格，有些廠商采用鍍膜的方式，利用特種材料對(duì)光線進(jìn)行修正，也能部分達(dá)到紅外感應(yīng)鏡頭的效果，但是不好的鍍膜技術(shù)很容易脫落和蒸發(fā)的，反而會(huì)影響鏡頭原本成像的清晰度。
3.攝像機(jī)鏡頭的正確使用
設(shè)備選型必須結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境需求，并考慮到一定的經(jīng)濟(jì)性，下面就以使用環(huán)境的不同談如何正確選用攝像機(jī)鏡頭。
(1)鏡頭焦距的選用
攝像機(jī)鏡頭焦距的選用一般采用計(jì)算法，依據(jù)攝像機(jī)成像靶面尺寸(寬w，高h(yuǎn))，需要監(jiān)視范圍的尺寸(寬W或高H)，監(jiān)視點(diǎn)距離攝像機(jī)的距離(L)，通過下述公式，計(jì)算出鏡頭需要的焦距。
公式一：f=W*L/w(W，L單位M，f，w單位mm)
公式二：f=H*L/h(H，L單位M，f，h單位mm)
舉例：當(dāng)選用1/2″鏡頭時(shí)，圖像尺寸為u=4.8mm，h=6.4mm。
鏡頭至景物距離D=3500mm，景物的實(shí)際高度為U=2500mm(景物的實(shí)際寬度可由下式算出H=1.333這種關(guān)系由攝像機(jī)取景器CCD片決定)。
將以上參數(shù)代入公式一中，可得f=4.8
3500/2500=6.72mm，故選用6mm定焦鏡頭即可。(2)鏡頭C和CS接口的選擇
所有的攝象機(jī)鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機(jī)的鏡頭安裝接口有兩種工業(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，其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm。
在選型時(shí)，一定要注意攝像機(jī)和鏡頭安裝方式的匹配，即鏡頭和攝像機(jī)的安裝座應(yīng)該一致。基于C安裝座的螺紋深度比CS要大，CS的鏡頭是無法安裝到C安裝座的攝像機(jī)上的，但是可以將一個(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(增加深度的墊片)。
4.鏡頭與CCD尺寸的匹配性
那么為何在鏡頭的選用中考慮CCD靶面的尺寸呢?為了從1/3″與1/2″CCD攝像機(jī)中獲取同樣的視角，1/3″CCD攝像機(jī)鏡頭焦距必須縮短;相反如果在1/3″CCD與1/2″CCD攝像機(jī)中采用相同焦距的鏡頭，情況又如何呢?1/3″CCD攝像機(jī)視角將比1/2″CCD攝像機(jī)明顯地減小，同時(shí)1/3″CCD攝像機(jī)的圖像在監(jiān)視器上將比1/2″CCD的圖像放大，產(chǎn)生了使用長焦距鏡頭的效果。
另外我們?cè)谶x擇鏡頭時(shí)還要注意這樣一個(gè)原則：即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD攝像機(jī)的鏡頭，反之則不行。原因是：如1/2″CCD攝像機(jī)采用1/3″鏡頭，則進(jìn)光量會(huì)變小，色彩會(huì)變差，甚至圖像也會(huì)缺損;反之，則進(jìn)光量會(huì)變大，色彩會(huì)變好，圖像效果肯定會(huì)變好。當(dāng)然，綜合各種因素，攝像機(jī)最好還是選擇與其相匹配的鏡頭。
(1)手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用
手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定。
對(duì)于在環(huán)境照度恒定的情況下，如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里、無陽光直射的房間內(nèi)，均可選用手動(dòng)光圈鏡頭，這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實(shí)際照度，一次性整定鏡頭光圈大小，獲得滿意亮度畫面即可。
對(duì)于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況，如隨日照時(shí)間而照度變化較大的門廳、窗口及大堂內(nèi)等，均需選用自動(dòng)光圈鏡頭(必須配以帶有自動(dòng)光圈鏡頭插座的攝像機(jī))，這樣便可以實(shí)現(xiàn)畫面亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫面。
對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭的控制信號(hào)又可分為DC及VIDEO控制兩種，即直流電壓控制及視頻信號(hào)控制。這在自動(dòng)光圈鏡頭的類型選用上，攝像機(jī)自動(dòng)光圈鏡頭插座的連接方式上，以及選擇自動(dòng)光圈鏡頭的驅(qū)動(dòng)方式開關(guān)上，三者注意協(xié)調(diào)配合好即可。
(2)定焦、變焦鏡頭的選用
定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監(jiān)視場景范圍的大小，以及所要求被監(jiān)視場景畫面的清晰程度。
鏡頭規(guī)格(鏡頭規(guī)格一般分為1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情況下，鏡頭焦距與鏡頭視場角的關(guān)系為：鏡頭焦距越長，其鏡頭的視場角就越小;在鏡頭焦距一定的情況下，鏡頭規(guī)格與鏡頭視場角的關(guān)系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場角也越大。所以由以上關(guān)系可知：在鏡頭物距一定的情況下，隨著鏡頭焦距的變大，在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就越小，但畫面細(xì)節(jié)越來越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大，在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就增大，但其畫面細(xì)節(jié)越來越模糊。
在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中如電梯轎箱內(nèi)，狹小房間均應(yīng)采用短焦距廣角或超廣角定焦鏡頭，如選用鏡頭規(guī)格為1/2″，CS型接口，鏡頭焦距為3.6mm或2.6mm鏡頭，這些鏡頭視場角均不小于99°或127°，這對(duì)于攝像機(jī)在狹小空間里一般標(biāo)高為2.5m左右時(shí)，其鏡頭的視場角范圍足以覆蓋整個(gè)近距離狹小被監(jiān)視空間。也可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選用手動(dòng)變焦鏡頭如日產(chǎn)ComputerT2Z2814CS-2鏡頭，這種鏡頭為1/3″CS型接口手動(dòng)光圈鏡頭，其焦距2倍可調(diào)(手動(dòng)調(diào)焦)。調(diào)焦范圍為2.8～6.0mm，視場角變化范圍為96°～47.2°，這種鏡頭非常適合在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中使用，在使用時(shí)可方便地根據(jù)實(shí)際需要，靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)視場景的“點(diǎn)”或“面”的監(jiān)視效果。
(3)電動(dòng)變焦鏡頭的使用
對(duì)于一般變焦(倍)鏡頭而言，由于其最小焦距通常為6.0mm左右，故其變焦(倍)鏡頭的最大視場角為45°左右，如將此種鏡頭用于這種狹小的被監(jiān)視環(huán)境中，其監(jiān)視死角必然增大，雖然可通過對(duì)前端云臺(tái)進(jìn)行操作控制，以減少這種監(jiān)視死角，但這樣必將會(huì)增加系統(tǒng)的工程造價(jià)(系統(tǒng)需增加前端解碼器、云臺(tái)、防護(hù)罩等)，以及系統(tǒng)操控的復(fù)雜性，所以在這種環(huán)境中，不宜采用變焦(倍)鏡頭。
在開闊的被監(jiān)視環(huán)境中，首先應(yīng)根據(jù)被監(jiān)視環(huán)境的開闊程度，用戶要求在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景畫面的清晰程度，以及被監(jiān)視場景的中心點(diǎn)到攝像機(jī)鏡頭之間的直線距離為參考依據(jù)，在直線距離一定且滿足覆蓋整個(gè)被監(jiān)視場景畫面的前提下，應(yīng)盡量考慮選用長焦距鏡頭，這樣可以在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上獲得一幅具有較清晰細(xì)節(jié)的被監(jiān)視場景畫面。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍)鏡頭(電動(dòng)三可變鏡頭)，這可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)的性能價(jià)格比決定，在選用時(shí)也應(yīng)考慮兩點(diǎn)：在調(diào)節(jié)至最短焦距時(shí)(看全景)應(yīng)能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場景畫面的要求;
在調(diào)節(jié)至最長焦距時(shí)(看細(xì)節(jié))應(yīng)能滿足觀察被監(jiān)視場景畫面細(xì)節(jié)的要求。
通常情況下，在室內(nèi)的倉庫、車間、廠房等環(huán)境中一般選用6倍或者10倍鏡頭即可滿足要求，而在室外的庫區(qū)、碼頭、廣場、車站等環(huán)境中，可根據(jù)實(shí)際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下，鏡頭倍數(shù)越大，價(jià)格越高，可在綜合考慮系統(tǒng)造價(jià)允許的前提下，適當(dāng)選用高倍數(shù)變焦鏡頭，或者快球)。
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