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摄像机镜头的一些基础知识
來源:本站  訪問數:648  發佈時間:2015-07-22 11:40:42

1.镜头的种类(根据应用场合分类)

广角镜头:视角90 度以上,观察范围较大近处图像有变形。 松下公司有WV-LA2R8C3、WV-LA210。

标准镜头:视角30 度左右,使用范围较广。松下公司有WV-LA9C3B。

长焦镜头:视角20 度以内,焦距可达几十毫米或上百毫米。松下公司有WV-LA18A、WV-LZ62/8 等。

变焦镜头:镜头焦距连续可变,焦距可以从广角变到长焦,焦距越长则成像越大。松下公司型号有WV-LZ61/10、WV-LZ61/15 等。

针孔镜头:用于隐蔽观察,经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

2.被摄物体的大小、距离与焦距的关系

假设被摄物体的宽度和高度分别为W.H,被摄物体与镜头间的距离为L,镜头的焦距为F。

3.相对孔径

为了控制通过镜头的光通量的大小,在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d,由于光线折射的关系,镜光实际有效的有效孔径为D,比d 大,D 与焦距f 之比定义为相对孔径A,即A=D/f,镜头的相对孔径决定被摄像的照度,像的照度与镜头的相对孔径的倒数来表示镜头光圈的大小。F 值越小,光圈越大,到达CCD 芯片的光通量就越大。所以在焦距f 相同的情况下,F 值越小,表示镜头越好。

4.镜头的焦距

1)定焦距:焦距固定不变,可分为有光圈和无光圈两种。

有光圈:镜头光圈的大小可以调节。根据环境江照的变化,应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节,人为手工调节光圈的,称为手动光圈。镜头自带微型电机自动调整光圈的,称为自动光圈。

无光圈:即定光圈,其通光量是固定不变的。主要用于光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。

2)变焦距:焦距可以根据需要进行调整,使被摄物体的图像放大或缩小。

常用的变焦镜头为六倍、十售变焦。

三可变和二可变镜头

三可变镜头:可调焦距、调聚焦、调光圈。

二可变镜头:可调焦调、调聚焦、自动光圈。

5.选配镜头原则

为了获得预期的摄像效果,在选配镜头时,应着重注意六个基本要素:

A)被摄物体的大小

B)被摄物体的细节尺寸

C)物距

D)焦距

E)CCD 摄像机靶面的尺寸  

F)镜头及摄像系统的分辨率

操作步骤:

* 移开镜头防尖装置,连接上镜头。

* 如果使用CS 镜头,请降下C 圈(5mm),然后锁住CS 镜头装置。

* C 型镜头可直接安装使用。

* 连接视频输出(BNC)至监视器或其它设备。

* 插上DC12V 电源/AC220V

* 检查LED 是否亮。

* 当图像一旦模糊时,请调整镜头焦距。

6、镜头的选择

镜头光圈分手动和自动两种。以往由于摄像机的使用在室外或其它特殊场合等缘故,所以较多选用自动光圈镜头。

虽然自动光圈镜头对监控点的光线变化适应性较强,但其价格也明显高于相同焦距的手动定焦镜头。而现在大多数的摄像机都有电子快门,室内的光源也较为稳定,因此,建议在室内情况下,采用手动光圈镜头即可;现在市场上用的自动光圈镜头分为二大类:a.电源驱动自动光圈镜头;b.视频驱动自动光圈镜头。电源驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的,其中两根为DC12V 电源来驱动镜头中的马达,另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小;视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的,其中一根为视频触发信号来起动光圈,并控制光圈大小,另二根为DC12V 电源线驱动电机马达。目前市场上大多黑白或彩色摄像机可以兼容二种自动光圈镜头镜头。但当监控点在室外时,应采用带自动光圈的镜头,因为室外的光线的动态范围变化较大,夏日阳光下环境照度达50000Lx-100000Lx;夜间路灯时仅为10Lx,变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围,也就无法达到控制图像效果的作用。  

7、详细选择说明

摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备,它的质量(指标)优劣直接影响摄像机的整机指标,因此,摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量,又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体,如果没有晶状体,人眼看不到任何物体;如果没有镜头,那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片,没有清晰的图像输出,这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。 当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时,也就是人们常说的近视眼,眼前的景物就变得模糊不清;摄像头与镜头的配合也有类似现象,当图像变得不清楚时,可以调整摄像头的后焦点,改变CCD 芯片与镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位置),可以将模糊由此可见,镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道:设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距,施工人员经常进行现场调试,其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。

1、镜头的分类

(1)以镜头安装分类

所有的摄象机镜头均是螺纹口的,CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准,即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同,但两者从镜头到感光表面的距离不同。

C安装座:从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。

CS安装座:特种C安装,此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄象机上时,则需要使用镜头转换器。

(2)以摄象机镜头规格分类

摄象机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定,两者应相对应。即  摄象机的CCD靶面大小为1/2英寸时,镜头应选1/2英寸。

摄象机的CCD靶面大小为1/3英寸时,镜头应选1/3英寸。

摄象机的CCD靶面大小为1/4英寸时,镜头应选1/4英寸。

如果镜头尺寸与摄象机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)以镜头光圈分类

镜头有手动光圈(manual iris)和自动光圈(auto iris)之分,配合摄象机使用,手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合,自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整,故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类:一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈,称为视频输入型,另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈,称为 DC输入型。自动光圈镜头上的ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以整个画面的平均亮度,也可以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供给自动光圈调整使用。一般而言,ALC已在出厂时经过设定,可不作调整,但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时,明亮目标物之影像可能会造成 “白电平削波”现象,而使得全部屏幕变成白色,此时可以调节ALC来变换画面。

另外,自动光圈镜头装有光圈环,转动光圈环时,通过镜头的光通量会发生变化,光通量即光圈,一般用F表示,其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比,即:F=f(焦距)/D(镜头实际有效口径),F值越小,则光圈越大。

采用自动光圈镜头,对于下列应用情况是理想的选择,在诸如太阳光直射等非常亮的情况下,用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时,用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。 要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时,应使用自动光圈镜头。

(4)以镜头的焦距(视场大小)分类

标准镜头:视角30度左右,在1/2英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为12mm,在1/3英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为8mm。

广角镜头:视角90度以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。

远摄镜头:视角20度以内,焦距可达几米甚至几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大,但使观察范围变小。

变倍镜头(zoom lens):也称为伸缩镜头,有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头(vari-focus lens):它介于标准镜头与广角镜头之间,焦距连续可变,即可将远距离物体放大,同时又可提供一个宽广视景,使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置,但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦,则需通过手动聚焦实现。

针孔镜头:镜头直径几毫米,可隐蔽安装

2、选择镜头的技术依据

(1)镜头的成像尺寸

应与摄象机CCD靶面尺寸相一致,如前所述,有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等规格。

(2)镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变,但对用户而言,需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率,以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N=180/画幅格式的高度。由于摄象机CCD靶面大小已经标准化,如1/2英寸摄象机,其靶面为 6.4mm*4.8mm,1/3英寸摄象机为4.8mm*3.6mm。因此对1/2英寸格式的CCD靶面,镜头的最低分辨率应为38对线/mm,对1/3 英寸格式摄象机,镜头的分辨率应大于50对线,摄象机的靶面越小,对镜头的分辨率越高。

(3)镜头焦距与视野角度

首先根据摄象机到被监控目标的距离,选择镜头的焦距,镜头焦距f 确定后,则由摄象机靶面决定了视野。

(4)光圈或通光量

镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量,以F为标记,每个镜头上均标有其最大的F值,通光量与F值的平方成反比关系,F值越小,则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

3、变焦镜头(zoom lens)

变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩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,所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6倍(6.0~36mm,F1.2)、8倍(4.5~36mm,F1.6)、10倍 (8.0~80mm,F1.2)、12倍(6.0~72mm,F1.2)、20倍(10~200mm,F1.2)等档次,并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数,除光学放大外还可施以电子数码放大。 在电动伸缩镜头中,光圈的调整有三种,即:自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整,则只有电动调整和预置两种,电动调整是由镜头内的马达驱动,而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位,这样可以免除成像必须逐次调整的过程,可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中,大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能,它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

4、镜头与摄像机CCD 尺寸的关系

1/2”镜头既可用于1/2”摄像机,也可用于1/3”摄像机,但视角会减少25%左右。

1/3”镜头不能用于1/2”摄像机,只能用于1/3”摄像机。


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