视频监控前端：镜头技术知识汇总与选型

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无论何种监控工程的应用中，视频画质效果皆是考核镜头优劣的核心因素。好的摄像机如果配上不好的镜头，就不能得到高质量的监控画面。同理，如果好的镜头却配上不好的摄像机，那也不会有好的视频画面呈现。

镜头技术知识汇总

镜头是监控摄像机的眼睛，正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前，1/3"镜头是应用的主流，自动光圈镜头销售量最多，变焦镜头是应用发展的趋势。

1)应依据监控摄像机到被监视目标的距离，来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)的焦距。

从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示，镜头光圈一般用F表示，F取值以镜头的焦距/和通光孔径d的比值来衡量，F=f/d，每个镜头上均标有其最大的F值。

2)监控摄像机的镜头规格应与监控摄像机CCD靶面尺寸(1/2"为6.4hX4.8υ、1/3"为4.8hX3.6υ、1/4"为3.2hX2.4υ)相对应。如果镜头尺寸与监控摄像机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)监控摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与监控摄像机CCD靶面尺寸hXυ及镜头焦距f之间有如下关系：水平视觉度数=2arctan (h/2f);

垂直视觉度数=2arctan (υ/2f)。

4)镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合，手动光圈用于被照物光线稳定之处。

自动光圈镜头有二种驱动方式：一类为视频输入型Video driver(with Amp)，它将一个视频信号及电源从监控摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，这种视频输入型镜头内包含有放大器电路，用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制，另一类称为DC输入型(DC driverno Amp)，它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，这种镜头内只包含电流计式光圈马达，摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性，但现已有通用型自动光圈镜头推出。

5)监控摄像机镜头安装有C型和CS型两种，C型安装的镜头在CCD监控摄像机与镜头间多了5mm 调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头，但CS安装的监控摄像机不能使用C型镜头。Philips公司推出革命性的Wizard镜头安装向导，保证镜头与摄像机的完全兼容，这使得在任何环境下都可得到最优图像。

6)变焦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，因此可以使被监控的目标放大或缩小。典型的光学放大规格有诸如6～20倍等不同档次，并以电动缩放镜头(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有：

·三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。

·二可变镜头——通常是自动光圈镜头，而聚焦和焦距需人为调节。

·单可变镜头——一般是自动光圈和自动聚焦的镜头，而焦距需人为调节。

7)缩放/变焦镜头(Vari Focal Lens)是变焦镜头配合缩放镜头功能，焦距连续可变，可将远距离物体放大，又可提供一个宽广视景，使监视宽度增加。日本Kowa公司提供从1.6～3.4mm的宽角度镜头到15.0—300mm的远距镜头。

8)监控摄像机除传统的球面镜头外，新一代的是非球面镜头(Aspherical Lens)，镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线，并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素，通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果，因此可以减少镜片的数量，使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确、镜头内的光线反射得以降低，镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。变倍高可以简化镜头的种类，物距短可以应用在近距离监控摄像机的场合，光圈大则可以适应光线较暗的场所，因此应用领域日渐宽广。日本AVENIA的非球面镜头产品SSV0770，近摄距离可到30cm，光圈值也可到F1.6，变焦范围可从7.0～70mm，变倍率高达十倍，可用于电视监控等领域。

镜头技术选型

高质量镜头不但在成像清晰度、对比度及亮度、色彩还原度具备尚佳表现，而且画面畸变率变形小。在与摄像机搭配上，镜头选型应考虑的因素包含下列几项。

· F值越小表示光通量越高。如果摄像机自身设有的照度计对通光量F值有一定要求，那么工程人员就更需要意识到镜头的光通量一定要大于摄像机的通光量，如摄像机是F1.4，则至少要选用F1.4或F1.2的镜头才能与之匹配;

· 镜头座的匹配。也就是C与CS Mount必须相互匹配。当然，在目前大部分采用5mm配接环下此问题不大，不过在安装环节故障层出不穷(该部分将在安装章节上向读者说明);

· 光圈范围大，即f值由小到大的数值范围越大越好，由此能使搭配的摄像机对环境光线条件的适应足够应付任何光照条件变化;

· 镜片镀膜要均匀。目前质量较高的镜片的镀膜都是多层复合型镀膜。复合型镀膜可有效地抑制逆光及光线散射，以使摄像机避开光线造成的画面不良影响;

· 非球面的镜头搭配应用，无论百万还是非百万摄像机应用，搭配非球面镜对摄像机画面光线的整体平均度皆有很大改善。因为非球的镜头，在清晰度、对比度、画面亮度上较之球面镜头皆有较好的效果;

· 最好选用有焦距、景深或光圈都有固定锁定的调节螺丝。因为镜头应用在各种不同环境及固定条件下，如果有此装置可以避免已调节好的画面因摄像机震动而发生画质变动;

· 选用与镜头安装方便及大小结构适合的摄像机，过大或过小的镜头都会给摄像机安装调整或施工上带来不便，尤其是结构较为复杂的镜头更需谨慎采用;

· 红外线镜头的选用不是绝对的，在(Day & Night)日夜型摄像机与(Low-Light)低照度摄像机匹配上要慎之又慎。而ICR(彩转黑)摄像机对IR镜头没有偏好，相反，在黑白条件下，IR镜头反而可能是一种过度的功能浪费;

· 透过摄像机对红外线波场的感应范围来选择(LD低散射光学镜片)镜头。一般IR的红外线感应波长约是在300-750nm范围，但如果存在透雾的需求，那么摄像机及镜头在红外线感应波长上都必须要达到700-950nm的范围，因为只有波长达到该范围，才能发挥透雾的功效;

· 镜头在摄像机的搭配上还必须注意口径上的搭配，过去单纯的1/2、1/3及1/4英寸口径已经不是定律，随着CMOS感光芯片的发展，越来越多的大小取像口径尺寸出现，镜头的搭配口径大于摄像机的口径这一原则依旧不变，然而该原则在工程中也时有造成错误的选型应用。

对于工程人员来说，以上所述的镜头在与摄像机搭配选型时的数项重要参考因素内容至关重要。同样，在镜头工程施工安装上常常出现的问题与错误施作亦不容小视。