監(jiān)控鏡頭常識及與CCD使用場景

濤哥安防 2016-03-22 安防知識

　　攝像機(jī)鏡頭選擇是視頻監(jiān)視系統(tǒng)項(xiàng)目中最關(guān)鍵的要素之一，它的質(zhì)量(指標(biāo))優(yōu)劣直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)以及整個工程項(xiàng)目的系統(tǒng)質(zhì)量，同時也關(guān)系到工程造價。由此可見，攝像機(jī)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)。

監(jiān)控鏡頭

　　CCTV攝像機(jī)鏡頭主要生產(chǎn)地

　　全球范圍：日本、韓國、德國、中國、中國臺灣

　　中國境內(nèi)：福建、廣東、河南、甘肅、吉林

　　主要城市：福州、深圳、廈門、長春、南陽、蘭州、信陽

　　目前，CCTV鏡頭世界一流品牌基本都集中在日本，如精工、Tamron、computar、FUJINON、Tokina、Canon、Avenir臺灣亞洲光學(xué)等

　　國內(nèi)部份鏡頭廠商主要有：長春東亞光學(xué)、南陽臥龍光學(xué)、南陽禾立光學(xué)、福州鴻發(fā)光、福州市正盛光電儀器、廈門力鼎光電、福州飛華光電、世泰鑫銳光電等

　　目前，國內(nèi)鏡頭需求大鏡頭(C/CS接口)與小鏡頭(M12接口)所占的比例分別為25%和75%。

　　鏡頭在攝像機(jī)成本構(gòu)成中的比例為20%左右，是攝像機(jī)的重要組成部分。與攝像機(jī)從高端到低端完整的產(chǎn)品鏈相對應(yīng)，CCTV鏡頭也形成了從高檔到中檔到低檔的完整的產(chǎn)品鏈，價格從幾十元到幾百元，幾百元到幾千元，一應(yīng)俱全。利潤水平也相差很大，常用的單板機(jī)鏡頭，利潤已很低；技術(shù)含量越高，功能越先進(jìn)的鏡頭，利潤也就越大。

　　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。

　　鏡頭是攝像機(jī)的眼睛，為了適應(yīng)不同的監(jiān)控環(huán)境和要求，需要配置不同規(guī)格的鏡頭。比如在室內(nèi)的重點(diǎn)監(jiān)視，要進(jìn)行清晰且大視場角度的圖像捕捉，得配置廣角鏡頭；在室外的停車場，既要看到停車場全貌，又要能看到汽車的細(xì)部，這時候需要變焦鏡頭。

　　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、變焦鏡頭；從視場大小分有廣角、標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)景鏡頭；結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭等。

視頻監(jiān)控鏡頭的分類
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
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)以鏡頭安裝方式分類：所有的攝像機(jī)鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像機(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。CS安裝座：特種C安裝，此時應(yīng)將攝像機(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。C型安裝的攝像機(jī)可用CS型鏡頭，但CS安裝的攝像機(jī)不能使用C型鏡頭。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝像機(jī)上時，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。

　　(2)以攝像機(jī)鏡頭規(guī)格分類：攝像機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝像機(jī)的CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對應(yīng)。即攝像機(jī)的CCD靶面大小為1/2英寸時，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。攝像機(jī)的CCD靶面大小為1/3英寸時，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。攝像機(jī)的CCD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)CCD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。1/2英寸的鏡頭可用于1/2英寸、1/3英寸的攝像機(jī)；而1/3英寸的鏡頭只能用于1/3英寸的攝像機(jī)，不能用于1/2英寸的攝像機(jī)，這是因?yàn)?/3英寸鏡頭光通量只有1/2英寸鏡頭光通量的44%，不能滿足1/2英寸的攝像機(jī)的光通量要求。

　　(3)以鏡頭光圈分類：固定光圈鏡頭、手動光圈(manual iris)和自動光圈(auto iris)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。

　　固定光圈鏡頭，其通光量是固定不變的。主要用光源恒定或攝像機(jī)自帶電子快門的情況。

　　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，它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，這種視頻輸入型鏡頭內(nèi)包含有放大器電路，用以將攝像機(jī)傳來的視頻信號轉(zhuǎn)換成對光圈馬達(dá)的控制，稱為視頻輸入型Video driver(with Amp)；另一類則利用攝像機(jī)上的直流電壓來直接控制光圈，它利用攝像機(jī)上的直流電壓來直接控制光圈，這種鏡頭內(nèi)只包含電流計式光圈馬達(dá)，攝像機(jī)內(nèi)沒有放大器電路，稱為DC輸入型(DC driverno Amp)。二種驅(qū)動方式產(chǎn)品不具可互換性，但現(xiàn)已有通用型自動光圈鏡頭推出。

　　自動光圈鏡頭上的ALC(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，ALC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)ALC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(shí)際有效口徑)，F(xiàn)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30度左右，在1/2英寸CCD攝像機(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。

　　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，觀察范圍較大，近處圖像有變形

　　標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，使用范圍較廣

　　長焦鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾十毫米或上百毫米，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(shí)現(xiàn)。

　　針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。

　　注：三可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、調(diào)光圈。二可變鏡頭：可調(diào)焦距、調(diào)聚焦、自動光圈。

常見鏡頭視角角度
焦距	規(guī)格	角度
2.1 mm小鏡頭	1/3	150°
2.5mm小鏡頭	1/3	130°
2.8mm小鏡頭	1/3	115°
2.8mm固定光圈	1/3	115°
3.6mm	1/3	96°
4mm	1/3	78°
6mm	1/3	53°
8mm	1/3	40°
12mm	1/3	23°
16mm	1/3	17°
3.5-8mm	1/3	96°- 45°
6-15mm	1/3	54°- 23°
6-36mm電動變倍鏡頭	1/3	51°- 9°
8.5-51mm電動變倍鏡頭	1/3	57°- 10°
6-60mm電動變倍鏡頭	1/3	52°- 6°

　　(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CCD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、長焦變化。

　　鏡頭的主要參數(shù)

　　焦距（f，也稱視場角）：焦距是鏡頭和感光元件之間的距離，通過改變鏡頭的焦距，可以改變鏡頭的放大倍數(shù)，改變拍攝圖像的大小。在工程實(shí)際中，我們常用水平視場角來反映畫面的拍攝范圍。焦距f越大，視場角越小，在感光元件上形成的畫面范圍越小；反之，焦距f越小，視場角越大，在感光元件上形成的畫面范圍越大。當(dāng)物體與鏡頭的距離很遠(yuǎn)的時候，我們可用下面公式表達(dá)：鏡頭的放大倍數(shù)≈焦距/物距。增加鏡頭的焦距，放大倍數(shù)增大了，可以將遠(yuǎn)景拉近，畫面的范圍小了，遠(yuǎn)景的細(xì)節(jié)看得更清楚了；如果減少鏡頭的焦距，放大倍數(shù)減少了，畫面的范圍擴(kuò)大了，能看到更大的場景。

　　光圈：光圈安裝在鏡頭的后部，光圈開得越大，通過鏡頭的光量就越大，圖像的清晰度越高；光圈開得越小，通過鏡頭的光量就越小，圖像的清晰度越低。通常用F（光通量）來表示。F=焦距（f）/通光孔徑(相對孔徑，鏡頭的相對孔徑?jīng)Q定被攝像機(jī)的照度，攝像機(jī)的照度與鏡頭的相對孔徑的平方成正比。)。在攝像機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，我們可以常常看到6mm/F1.4這樣的參數(shù)，它表示鏡頭的焦距為6mm，光通量為1.4，這時我們可以很容易地計算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下，F(xiàn)值越小，光圈越大，到達(dá)CCD芯片的光通量就越大。

　　鏡頭與CCD感光元件的配置

　　CCD的成像尺寸，也就是攝像機(jī)畫面寬度和高度的比例與電視機(jī)畫面寬度和高度比例一樣，通常為4:3。這樣保證了攝像機(jī)的視頻圖像在顯示器上的圖像不變形。

CCD感光芯片

　　鏡頭焦距的配置、確定合適的焦距，是決定圖像質(zhì)量重要因素。f=v*D/V或f =h*D/H。其中，f代表焦距，v代表CCD成像尺寸的高度，V代表被觀測物體高度，h代表CCD成像尺寸的寬度，H代表被觀測物體寬度，D代表物體到鏡頭的距離。假設(shè)用1/3" CCD攝像頭觀測，被測物體寬500毫米，高400毫米，鏡頭焦點(diǎn)距物體5000毫米。由公式可以算出：焦距f=4.8×5000/500≈48毫米或焦距f=3.6×5000/400≈45毫米。

CCD尺寸表
規(guī)格	長	寬
1/4	3.6	2.4
1/3	4.8	3.6
1/2	6.4	4.8
2/3	8.8	6.6
3/4	9.6	6.6
1	12.7	9.6

　　提示：一體機(jī)鏡頭倍數(shù)的計算：倍數(shù)=f最大值/f最小值

　　例如：22倍=85.8/3.9 27倍=94.5/3.5

　　鏡頭焦距和最佳照射距離：

　　例如，假設(shè)用1/3" CCD攝像頭觀測，被測物體寬7.2米（十個成年男人的寬度，標(biāo)準(zhǔn)最佳照射寬度），高5.4米（一個成年男人顯現(xiàn)占屏幕的1/3的高度，標(biāo)準(zhǔn)最佳照射高度），鏡頭焦點(diǎn)距物體30米。由公式可以算出：焦距f=4.8(1/3"CCD寬度尺寸)×30/7.2=20mm或焦距f=3.6(1/3"CCD高度尺寸)×30/5.4=20mm。

　　鏡頭焦距：2.8mm、3.5mm、4mm、4.8mm、6mm、8mm、12mm、16mm、25mm、60mm、73.8mm

　　物體距離：4.3m、5.4m、6m、7.3m、9m、12m、18m、25m、38m、120m、150m

　　鏡頭使用場所及角度:

　　1、廣角鏡頭：視角在90度以上，一般用于電梯轎箱內(nèi)、大廳等小視距大視角場所；如2.8MM2.5MM

　　2、視角在60度以上用于5*5米左右場所 3.6MM4MM

　　3、視角在50度以上用于8-10米左右場所 6MM

　　4、視角在40度以上用于10-18米左右場所 8MM

　　5、視角在30度以上用于20-30米左右場所12MM16MM

　　6、視角在20度以上用于30-50米左右場所25MM

　　7、長焦鏡頭：視角在20度以內(nèi)，焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米，用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視

　　8、變焦鏡頭：鏡頭的焦距范圍可變，可從廣角變到長焦，用于景深大，視角范圍廣的區(qū)域；

　　9、針孔鏡頭：用于隱蔽監(jiān)控。