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監(jiān)控攝像機鏡頭（視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機鏡頭的主要參數(shù)及選用）

攝像機鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的關鍵設備，它相當于我們眼睛中的晶狀體結(jié)構(gòu)，負責把外面的景象影射到一個平面上。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。與近視眼或遠視眼同理，攝像頭與鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當鏡頭的成像平面不能正好位于攝像頭的CCD芯片上時，圖像就會變得不清楚。

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。工程設計人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設計人員要根據(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、攝像機鏡頭的分類

視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機鏡頭品種繁多，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、標準，遠攝鏡頭;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(光圈、焦距、聚焦均可變)鏡頭等。

二、攝像機鏡頭的主要參數(shù)

焦距

我們知道，平行光纖通過凸透鏡會匯聚于一個焦點，這個焦點離透鏡中心位置的長度就是焦距?，F(xiàn)有鏡頭一般都可以看成凸透鏡組，對于焦距固定的鏡頭，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，應該充分考慮是觀測細節(jié)重要，還是有一個大的觀測范圍重要，如果要看細節(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。對景深的理解我們可以從“對焦”說起，在調(diào)節(jié)攝像機時，我們通過調(diào)節(jié)相機鏡頭，使距離攝像機一定距離的景物清晰成像的過程，叫做對焦。那個景物所在的點，稱為對焦點。景深就是保證對焦點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，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，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，精確對焦之后，對焦點前面只有很短一點距離內(nèi)的景物能清晰成像，而對焦點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，我們可以將攝像機鏡頭分為定焦鏡頭、手動變焦鏡頭和電動變焦鏡頭。定焦和變焦鏡頭的選用一般取決于監(jiān)視景物的特點和經(jīng)濟性。對于監(jiān)視比較固定的地點，比如文物展臺、收費窗口，使用定焦鏡頭具有一定的經(jīng)濟性，畢竟，定焦鏡頭比變焦鏡頭便宜。

我們無法確定具體哪個位置為最佳的對焦點時，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8～13mm，5～8mm幾種。

電動變焦鏡頭用于監(jiān)控很大的場面時，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，如果知道基準焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個6倍電動鏡頭，基準焦距為5毫米，那么其變焦范圍就是5到51毫米連續(xù)可調(diào)，視場角為33到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，線路產(chǎn)生的電壓下降會導致鏡頭無法控制，必須提高輸入控制電壓或更換視頻矩陣主機配合解碼器控制。

攝像機鏡頭焦距的長短與其視場角是密切相關的。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)攝像機鏡頭水平視場角的大小，可以將攝像機鏡頭分為標準鏡頭(或稱中焦鏡頭、)、廣角鏡頭(或稱短焦鏡頭)、遠攝鏡頭。

標準鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD攝象機中，標準鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD攝像機中，標準鏡頭焦距定為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。

遠攝鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。

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。每個鏡頭上都標有最大F值，例如6mm/P4代表最大孔徑為29毫米。光通量與F值的平方成反比關系，F(xiàn)值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標值為4，2，8，4，6，8，11，16，22等，其規(guī)律是前一個標值時的曝光量正好是后一個標值對應曝光量的2倍。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/4，1/2，1/8，1/4，1/6，1/8，1/11，1/16，1/22，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。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機鏡頭光圈有手動和自動光圈之分。手動光圈適合亮度變化不大的場合，它的進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)整通光孔徑，保證進入攝像機的亮度相對穩(wěn)定，用于室外、人口等光線變化大且頻繁的場合。

自動光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻驅(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，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。

自動光圈鏡頭上的ALC(自動鏡頭控制)調(diào)整用于設定測光系統(tǒng)，可以整個畫面的平均亮度，也可以畫面中最亮部分(峰值)來設定基準信號強度，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時，明亮目標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。

(1)鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標是鏡頭的光學傳遞函數(shù)與畸變，但對用戶而言，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)為計量單位，計算公式為：鏡頭分辨率N二180/畫幅格式的高度。由于攝像機CCD靶面大小已經(jīng)標準化，如1/2英寸攝像機，其靶面為寬4mm*高8mn，1/3英寸攝象機為寬8mm×高6mm。因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應為38對線/mm，對1/3英寸格式攝像機，鏡頭的分辨率應大于50對線，攝像機的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。

(2)紅外感應能力

由于玻璃對不同波長光線的折射率不同，故聚焦點的位置會有所差別，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，所以造價是很高的，為了降低價格，有些廠商采用鍍膜的方式，利用特種材料對光線進行修正，也能部分達到紅外感應鏡頭的效果，但是不好的鍍膜技術(shù)很容易脫落和蒸發(fā)的，反而會影響鏡頭原本成像的清晰度。

攝像機鏡頭的正確使用

設備選型必須結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境需求，并考慮到一定的經(jīng)濟性，下面就以使用環(huán)境的不同談如何正確選用攝像機鏡頭。

(1)鏡頭焦距的選用

攝像機鏡頭焦距的選用一般采用計算法，依據(jù)攝像機成像靶面尺寸(寬w，高h)，需要監(jiān)視范圍的尺寸(寬W或高H)，監(jiān)視點距離攝像機的距離(L)，通過下述公式，計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：當選用1/2″鏡頭時，圖像尺寸為u=8mm，h=4mm。

鏡頭至景物距離D=3500mm，景物的實際高度為U=2500mm(景物的實際寬度可由下式算出H=333這種關系由攝像機取景器CCD片決定)。

將以上參數(shù)代入公式一中，可得f=8

3500/2500=72mm，故選用6mm定焦鏡頭即可。(2)鏡頭C和CS接口的選擇

所有的攝象機鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機的鏡頭安裝接口有兩種工業(yè)標準，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：從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是1526mm。

CS安裝座：特種C安裝，其鏡頭安裝基準面到焦點的距離是15mm。

在選型時，一定要注意攝像機和鏡頭安裝方式的匹配，即鏡頭和攝像機的安裝座應該一致?；贑安裝座的螺紋深度比CS要大，CS的鏡頭是無法安裝到C安裝座的攝像機上的，但是可以將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝象機上時，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器(增加深度的墊片)。

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