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監(jiān)控攝像機(jī)鏡頭的選擇技巧
導(dǎo)語：攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，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)，因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)，既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價。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、成像大小計算鏡頭的焦距，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)控攝像機(jī)鏡頭的選擇技巧
1.選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù)
(1)鏡頭的成像尺寸
應(yīng)與攝像機(jī)CCD靶面尺寸相一致，如前面所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等規(guī)格。
(2)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=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4.8mm，1/3英寸攝像機(jī)為寬4.8mm*高3.6mm。因此對1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對線/mm，對1/3英寸格式攝像機(jī)，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對線，攝像機(jī)的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高。
(3)鏡頭焦距與視野角度
首先根據(jù)攝像機(jī)到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f確定后，則由攝像機(jī)靶面決定了視野。
(4)光圈或通光量
鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標(biāo)記，每個鏡頭上均標(biāo)有其最大的F值，通光量與F值得平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光纖變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭。
2.鏡頭的分類
(1)以鏡頭安裝分類
所有的攝像機(jī)鏡頭均是螺紋口，CCD攝像機(jī)的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即CC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)面到焦點的距離時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)面到焦點的距離是12.5mm。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，觀察角度講不符合設(shè)計要求，或者發(fā)生畫面在焦點以外等問題。
(3)以鏡頭光圈分類
鏡頭有手動光圈和自動光圈之分，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。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，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝像機(jī)上的直流電壓來直接控制光圈，稱為DC輸入型。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來變化畫面。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，他們是：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，用個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)鏡頭焦距定位12mm，在1/3英寸CCD攝像機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定位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。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)距離情況下降拍攝的物體影像放大，但使觀察范圍變小。變倍鏡頭：也稱為伸縮鏡頭，有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類�？勺兘裹c鏡頭：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，同時有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現(xiàn)。針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱藏安裝。
(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、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。
3.變焦鏡頭
變焦鏡頭有手動伸縮鏡頭和自動伸縮鏡頭兩大類。伸縮鏡頭由于在一個鏡頭內(nèi)能夠使鏡頭焦距在一定范圍內(nèi)變化，因此可以使被監(jiān)控的目標(biāo)放大或縮小，所以也常被稱為變倍鏡頭。典型的光學(xué)放大規(guī)格有6倍(6.0~36mm，F(xiàn)1.2)、8倍(4.5~36mm，F(xiàn)1.6)、10倍(8.0~80mm，F(xiàn)1.2)、12倍(6.0~72mm，F(xiàn)1.2)、20倍(10~200mm，F(xiàn)1.2)等檔次，并以電動伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。為增大放大倍數(shù)，除光學(xué)放大外還可施以電子數(shù)碼放大。在電動伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動光圈、直流驅(qū)動自動光圈、電動調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動調(diào)整和預(yù)置兩種，電動調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動，而預(yù)置則是通過鏡頭內(nèi)的電位計預(yù)先設(shè)置調(diào)整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調(diào)整的過程，可精確與快速定位。在球形罩一體化攝像系統(tǒng)中，大部分采用帶預(yù)置位的伸縮鏡頭。另一項令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測焦系統(tǒng)與電動變焦反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。
4.鏡頭與攝像機(jī)CCD尺寸的關(guān)系
1/2”鏡頭既可用于1/2”攝像機(jī)，也可用于1/3”攝像機(jī)，但視角會減少25%左右。1/3”鏡頭不能用于1/2”攝像機(jī)，只能用于1/3”攝像機(jī)。
5.不同種類鏡頭的應(yīng)用范圍
(1)手動、自動光圈鏡頭的應(yīng)用范圍
手動光圈鏡頭是最簡單的鏡頭，適用于光照條件相對穩(wěn)定的條件下，手動光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成的。光通量靠鏡頭外徑上的一個環(huán)調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。在照明條件變化大的環(huán)境中或不是用來監(jiān)視某個固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動光圈鏡頭，比如在戶外或人工照明經(jīng)常開光的地方，自動光圈鏡頭的光圈的動作由馬達(dá)驅(qū)動，馬達(dá)受控于攝像機(jī)的視頻信號。手動光圈鏡頭和自動光圈鏡頭又有定焦距(光圈)鏡頭自動光圈鏡頭和電動變焦距鏡頭之分。
(2)定焦距(光圈)鏡頭
一般與電子快門攝像機(jī)配套，適用于室內(nèi)監(jiān)視某個固定目標(biāo)的場所作用。定焦距鏡頭一般又分為長焦距鏡頭，中焦距鏡頭和短焦距鏡頭。中焦距鏡頭是焦距與成像尺寸相近的鏡頭;焦距小于成像尺寸的稱為短焦距鏡頭，短焦距鏡頭又稱廣角鏡頭，該鏡頭的焦距通常是28mm以下的鏡頭，短焦距鏡頭主要用于環(huán)境照明條件差，監(jiān)視范圍要求寬的寬的場合，焦距大于成像尺寸的稱為長焦距鏡頭，長焦距鏡頭又稱望遠(yuǎn)鏡頭，這類鏡頭的焦距一般在150mm以上，主要用于監(jiān)視較遠(yuǎn)處的'景物。
(3)手動光圈鏡頭，可與電子快門攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用
(4)自動光圈鏡頭，(EF)可與任何CCD攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，特別用于被監(jiān)視表面亮度變化大、范圍較大的場所。為了避免引起光暈現(xiàn)象和燒壞靶面，一般都配自動光圈鏡頭。
(5)電動變焦距鏡頭，可與任何CCD攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，變焦距鏡頭是通過遙控裝置來進(jìn)行光對焦，光圈開度，改變焦距大小的。
6.鏡頭的主要性能指標(biāo)有以下幾個：
1)焦距：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，畸變距離很遠(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應(yīng)的，一個確定的焦距就以為著一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時，應(yīng)該充分考慮是觀測細(xì)節(jié)重要，還是有一個大的觀測范圍重要，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。
2)光闌系數(shù)：即光通量，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(biāo)有最大F值，例如6mm/F1.4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)律是前一個標(biāo)值時的曝光量正好是后一個標(biāo)值對應(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。另外鏡頭的光圈還有手動和自動光圈之分。配合攝像頭使用，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，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場合。
3)自動光圈鏡頭:自動光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)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(dá)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裝光圈。這種鏡頭只包含電流計式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對于給類自動光圈鏡頭，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(biāo)發(fā)光條件平均測光兩種選擇，一般取平均測光檔;另一個是LEVEL調(diào)節(jié)(靈敏度)，可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。
4)變倍鏡頭：變倍鏡頭分為手動和電動兩種，手動變倍鏡頭一般用于科研項目而不用再閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場面時，攝像頭通常要配合某個細(xì)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，如果再知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個6倍電動鏡頭，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。所以在選擇控制器時，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。
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