鏡頭是攝像機(jī)的眼睛，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到攝像機(jī)成像畫面是否清晰。因而若要實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的效能最大化，除了攝像機(jī)自身攝像組件與電路設(shè)計(jì)優(yōu)良外，還需為其選配一款適當(dāng)?shù)溺R頭。

安防監(jiān)控系統(tǒng)鏡頭選用

一、鏡頭的硬性指標(biāo)

1、鏡頭焦距：方案設(shè)計(jì)人員在考慮鏡頭指標(biāo)時(shí)需要根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的位置、距離、CCD規(guī)格，以及監(jiān)控目標(biāo)在監(jiān)視器上的圖像效果等綜合地來進(jìn)行考慮，以選擇最合適的焦距的鏡頭。比如，生產(chǎn)線監(jiān)控，一般需要監(jiān)看比較近的物體，而且對清晰度要求較高。這種情況，定焦鏡頭的效果一般要比變焦的好，所以通常會(huì)選擇短焦距定焦鏡頭。

如2.8mm、4mm、6mm、8mm等。又如監(jiān)控室內(nèi)目標(biāo)時(shí)，選擇的焦距不會(huì)太大，一般會(huì)選擇短焦距的手動(dòng)變焦鏡頭，如3.0-8.2mm、2.7-12.5mm等；道路監(jiān)控中，多車道監(jiān)控要用焦距短一些的，如6-15mm；十字路口的紅綠燈車牌監(jiān)控要用相應(yīng)長一些的焦距，如6-60mm；城市治安監(jiān)控一般就要用到焦距更長一些的電動(dòng)變焦鏡頭，如6-60mm、8-80mm、7.5-120mm等；高速公路、鐵路、河道、環(huán)境檢測、森林防火、機(jī)場、邊海防等，一般要用到大變倍長焦距的電動(dòng)變焦鏡頭，如10-220mm、13-280mm、10-330mm、15-500mm及10-1100mm等。

2、視場角范圍：視場角范圍計(jì)算是有公式的，知道鏡頭的焦距、CCD尺寸，視場角就可以推算出來。鏡頭有這樣的規(guī)律：焦距越大，監(jiān)控得越遠(yuǎn)，視場角就越小；焦距越小，監(jiān)控距離就近，視場角就大，焦距和視場角是反比關(guān)系。如在一些有手動(dòng)變焦鏡頭需求的項(xiàng)目中，視場角范圍是最先需要考慮的，所以一般會(huì)根據(jù)視場角范圍來確定所選焦距范圍。電動(dòng)變焦鏡頭因?yàn)槭强梢愿鶕?jù)現(xiàn)場環(huán)境隨時(shí)用鍵盤控制變焦、聚焦的，所以視場角范圍不是太需要考慮。但是當(dāng)電動(dòng)變焦鏡頭的起始焦距過大(比如起始焦距超過20mm)時(shí)，是無法實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)控的。

3、鏡頭的光圈：鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量(F=f/D)，以F標(biāo)記。每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大F值，F(xiàn)值越小，則光圈越大。對于恒定光照條件的環(huán)境，可以選用固定光圈的鏡頭，這種一般為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境；對于光照度變化不明顯的環(huán)境，常會(huì)選用手動(dòng)光圈鏡頭，即將光圈調(diào)到一個(gè)比較理想的數(shù)值后固定下來就可以了；如果照度變化較大，需24小時(shí)的全天候室外監(jiān)控，應(yīng)選用自動(dòng)光圈鏡頭。

自動(dòng)光圈鏡頭分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，采用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(dòng)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(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對于各類自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)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(gè)是LEVEL調(diào)節(jié)，可使輸出圖像變得明亮或者暗淡。但需注意的是，如果光照度一直是不均勻的，比如監(jiān)控目標(biāo)與背景光反差較大時(shí)，采用自動(dòng)光圈鏡頭的話，光圈的電機(jī)可能會(huì)一直處于隨時(shí)動(dòng)作的狀態(tài)，監(jiān)控的效果并不理想，這種情況下，一般需要鏡頭配合攝像機(jī)的背光補(bǔ)償功能來實(shí)現(xiàn)，采用寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)也會(huì)有比較不錯(cuò)的效果。

鏡頭的光圈開到最大的時(shí)候，它的解像力一般是最高的。至于原因可以用一個(gè)比喻來說明：假設(shè)鏡頭有10000個(gè)小洞來透光的，光源A，成像為B，在最大光圈情況下，A透過10000個(gè)洞形成的B是由10000個(gè)像組成的；在小光圈下，鏡頭中只有100個(gè)小洞是開放的，所以B只有100個(gè)像組成；在中等光圈下，這個(gè)值大概是2000左右，所以這個(gè)時(shí)候解像力就遠(yuǎn)高于小光圈。但是為什么我們不一直用大光圈從而獲得最佳的解像力呢？這就牽涉到鏡頭的另外一個(gè)指標(biāo)景深。當(dāng)鏡頭對物體對焦時(shí)，在物體(聚焦點(diǎn))前后若干距離內(nèi)的物體，也會(huì)有比較清晰影像，景深即是這段前后比較清晰的距離范圍。鏡頭的光圈和景深的大小成反比，大光圈的時(shí)候，幾乎沒有景深可言，得到的監(jiān)控圖像的背景將一片模糊。所以鏡頭的光圈并非是越大越好，還要看監(jiān)控的環(huán)境。

4、鏡頭的成像圓尺寸：在監(jiān)控項(xiàng)目中，與槍型攝像機(jī)匹配的鏡頭的成像圓口徑一般為1/3英寸或1/2英寸。鏡頭的成像圓不應(yīng)小于攝像機(jī)的CCD尺寸，否則將出現(xiàn)黑角。相同焦距不同口徑的鏡頭匹配同樣尺寸的攝像機(jī)時(shí)，監(jiān)控到的物體的距離及得到的視場角是有差異的。如在1/2英寸CCD的攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距大概為12mm時(shí)，有30度的視場角；而在1/3英寸CCD的攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距在8mm左右即可擁有30度的視場角。

最后，還需要考慮鏡頭的接口類型，鏡頭接口與攝像機(jī)接口要一致。現(xiàn)在攝像機(jī)和鏡頭通常都是CS型接口，CS型攝像機(jī)可以和CS型、C型鏡頭配接，但和C型鏡頭接配時(shí)，必須在鏡頭和攝像機(jī)之間加轉(zhuǎn)接環(huán)，否則可能碰壞CCD成像面的保護(hù)玻璃，造成CCD攝像機(jī)的損壞。C型攝像機(jī)不能和CS型鏡頭配接。

二、鏡頭的可選性指標(biāo)

鏡頭可選性指標(biāo)，如有AS非球面鏡頭、紅外感應(yīng)(IR)鏡頭、SD超低色散鏡頭、百萬像素高清鏡頭、電動(dòng)變焦AF自動(dòng)聚焦鏡頭等。下面逐點(diǎn)進(jìn)行論述。

1、AS非球面鏡片

AS非球面技術(shù)大家都不陌生。改球面鏡片為非球面鏡片，從而將鏡片邊緣部最容易出現(xiàn)的球面像差糾正。體現(xiàn)在監(jiān)控圖像上，即改善廣角時(shí)畫面周邊的成像質(zhì)量；而且由于一片非球面可以抵得上數(shù)片球面鏡片的作用，鏡片數(shù)目的減少，也會(huì)減少色差，增加圖像的對比度；并且鏡頭的長度將會(huì)有所減小，容易做出長度更短的鏡頭，但為了盡可能增大光亮度指標(biāo)，鏡頭的口徑一般不會(huì)變小，反而越大越好；再次，鏡片數(shù)目的減少，光通過鏡頭時(shí)的損耗會(huì)小很多，也容易做出更大光通量的鏡頭，如F0.98。

2、IR日夜轉(zhuǎn)化

IR日夜型鏡頭采用添加特殊元素的玻璃材料，提高了紅外光波段的折射和聚焦率，使其更接近可見光的折射率水平，所以紅外IR鏡頭可以做到白天和夜晚的共焦面，使監(jiān)控畫面全天候清晰。

3、SD超低色散鏡片

SD超低色散鏡片，由于玻璃中采用了特殊的材料，分為FK01和FK02兩個(gè)等級，具有高折射低色散的特性，主要是針對可見光部分的光線，能使彩色圖像鮮艷銳利。

4、百萬像素高清鏡頭

百萬像素本來是描述感光元件的像素?cái)?shù)目的，現(xiàn)在被鏡頭廠商引伸出來加以利用了。鏡頭本身沒有像素概念，但鏡頭的解像力有好有差。有的鏡頭廠家用單位距離內(nèi)表現(xiàn)的黑白線對數(shù)來表現(xiàn)鏡頭的解像力，以區(qū)分普通鏡頭和百萬像素鏡頭，也不失為一種表現(xiàn)手法。解像力就是一個(gè)鏡頭對于細(xì)節(jié)捕捉解析度高低的評估，解像力高的鏡頭，對于線條點(diǎn)塊記錄較為細(xì)膩，對于色彩的微小變化也能忠實(shí)反映。

但這個(gè)特點(diǎn)卻與銳度不是一回事，銳度一般指的是圖形邊緣的清晰程度，而解像力更多指的是層次而言。上文提過，同焦距條件下的定焦鏡頭成像一般要比變焦鏡頭好，好在哪里呢？定焦鏡頭解像力高，原因何在？就是因?yàn)殓R頭設(shè)計(jì)簡單，用的鏡片數(shù)量少，從而可以提高圖像的對比度，減少色差等。應(yīng)用AS非球面鏡片、SD超低色散鏡片同樣可以提高鏡頭解像力。

目前市場上出現(xiàn)的手動(dòng)變焦百萬像素鏡頭價(jià)格要比普通鏡頭高出數(shù)倍，加上網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中CMOS本身的一些缺陷，數(shù)據(jù)流的增大導(dǎo)致的傳輸帶寬不夠，以及存儲(chǔ)上的問題，目前還沒有辦法大規(guī)模普及百萬像素。但百萬像素系統(tǒng)在外界條件允許的情況下，得到的圖像質(zhì)量確實(shí)比模擬的圖像質(zhì)量高出很多，視頻截取放大后仍然清晰地監(jiān)控圖像在協(xié)助公安部門偵破犯罪案件方面有著很大的潛力。

5、電動(dòng)鏡頭AF自動(dòng)聚焦技術(shù)

AF自動(dòng)對焦鏡頭，通過鏡頭內(nèi)置的微處理器，對攝像機(jī)給出的復(fù)合視頻信號取樣、對比，給出圖像明暗度的轉(zhuǎn)換電壓，驅(qū)動(dòng)聚焦電機(jī)掃描，掃描過程中的最高電壓即聚焦點(diǎn)的目標(biāo)。經(jīng)過1-3秒的搜索響應(yīng)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)清晰聚焦。自動(dòng)聚焦鏡頭為目前比較尖端的應(yīng)用，匹配模擬攝像機(jī)及帶有模擬和網(wǎng)絡(luò)兩種輸出信號的百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)。對同時(shí)需要操控云臺(tái)轉(zhuǎn)向及變焦、聚焦的普通監(jiān)控來說，自動(dòng)聚焦鏡頭只需轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)方向即可實(shí)現(xiàn)清晰監(jiān)控，監(jiān)控遠(yuǎn)處目標(biāo)也只需拉大變焦按鍵即可實(shí)現(xiàn)，免去了繁瑣的監(jiān)控過程，真正實(shí)現(xiàn)了隨心監(jiān)控。

6、鏡頭穿塵透霧功能

穿塵透霧是安防行業(yè)近期比較流行的一種監(jiān)控需求。可見光在通過空氣中的煙塵或霧氣時(shí)，會(huì)被阻擋反射而無法通過，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后門的物體的。而近紅外光線由于波長較長，可以繞過煙塵和霧氣并穿透過去，并且攝像機(jī)的感光元件可以感應(yīng)到這部分近紅外光，所以就可以利用這部分光線來實(shí)現(xiàn)穿塵透霧的監(jiān)控。

鏡頭安裝與施工常見問題

鏡頭施工與安裝技藝并非高深莫測，然而在施工過程中，由于種種原因，鏡頭施工安裝錯(cuò)誤屢見不鮮，以致鏡頭結(jié)構(gòu)或電路受損。那么，這些常見問題主要包含哪些呢？

一、鏡頭配接環(huán)組裝順序錯(cuò)誤

鏡頭配接環(huán)組裝順序是工程人員在鏡頭安裝上的最大盲點(diǎn)，由此帶來的直接后果是鏡頭損壞。由于C與CS配接環(huán)在鏡頭安裝上時(shí)有應(yīng)用，而眾多工程人員往往先把配接環(huán)與攝像機(jī)先組合鎖緊，爾后再將鏡頭鎖入配接環(huán)上，而部分鏡頭在設(shè)計(jì)上會(huì)以一種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)配合攝像機(jī)背焦(Back Focus)的調(diào)整或是攝像機(jī)上松脫螺絲的機(jī)械背焦調(diào)整，這些調(diào)整下需要鏡頭能在配接環(huán)上轉(zhuǎn)動(dòng)或與配接環(huán)一起傳動(dòng)才能獲得最佳焦距清晰點(diǎn)。但因?yàn)楣こ倘藛T組裝時(shí)出現(xiàn)排序錯(cuò)誤，使得配接環(huán)死鎖在鏡頭一側(cè)。如此一來，在缺少自動(dòng)背焦(ABF)功能情形下，松脫配接環(huán)，不但無法合理調(diào)整背焦，甚至出現(xiàn)因使力不當(dāng)造成鏡頭螺牙磨損或鏡頭上塑料材質(zhì)的螺牙座扭斷。

二、鏡頭組裝未帶手套致使鍍膜損壞

在鏡頭組裝過程中，工程人員最常發(fā)生的施工故障即是未帶手套或保護(hù)致使鍍膜損壞。部分工程人員由于缺乏保護(hù)鏡頭(裝上鏡頭保護(hù)蓋進(jìn)行安裝)及施工時(shí)對精密設(shè)備或光學(xué)部件有保護(hù)及謹(jǐn)慎施作的意識(shí)，因而在鏡頭組裝好時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鏡片面上殘留有自己的指紋或其它污垢。經(jīng)驗(yàn)老道的工程人員會(huì)取來適當(dāng)?shù)亩趸燃笆苗R布或鹿皮進(jìn)行擦拭，然仍然有部分人員出于簡便，選擇用衣服一抹或用不當(dāng)?shù)募埥聿潦茫洳坏珜︾R頭鏡片表面鍍膜產(chǎn)生破壞，而且也傷及視頻畫面及鏡頭“元?dú)?rdquo;。

三、鏡頭裝于保護(hù)罩中未適當(dāng)留下窗口間距

安裝電動(dòng)鏡頭時(shí)，最容易被疏忽的是鏡頭裝于保護(hù)罩中未適當(dāng)留下窗口間距。工程人員在施工后做景深或焦距調(diào)整時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，畫面居然可看到攝像機(jī)或鏡頭本身在保護(hù)罩上反射的圖像。此時(shí)即便通過操作景深(ZOOM)或調(diào)整焦距(FOCUS)仍無法改變畫面扭動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)不足的工程師會(huì)誤以為攝像機(jī)自身沒有調(diào)整好，然實(shí)為鏡頭在保護(hù)罩內(nèi)安裝錯(cuò)誤間距所致。

四、鏡頭在無適當(dāng)保護(hù)下進(jìn)行組裝

在鏡頭組裝過程中，大部分工程人員都會(huì)小心翼翼地組裝鏡頭。鏡頭價(jià)格不菲，稍有不慎造成鏡頭損壞，難逃其咎。然而，部分工程人員在組裝攝像機(jī)與鏡頭時(shí)疏于保護(hù)，甚至選擇在現(xiàn)場位置上進(jìn)行。在缺少保護(hù)軟墊等其他防范措施情形下，極易造成鏡頭外表損壞、內(nèi)部光圈快門頁片受損或風(fēng)沙附著在鏡片上。

五、鏡頭組裝自動(dòng)光圈連接線路焊接錯(cuò)誤

在鏡頭廠家的努力下，大多類型鏡頭已實(shí)現(xiàn)預(yù)置線路及接頭的處理，如此一來，類似線路焊接錯(cuò)誤造成的鏡頭伺服馬達(dá)燒毀不復(fù)存在。然而部分電動(dòng)鏡頭由于供貨或現(xiàn)場保護(hù)罩配合上存在一定瑕疵，因而工程人員仍需了解并熟練這些接線與細(xì)微電路焊接技術(shù)。筆者曾發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)工程中出現(xiàn)所有鏡頭的自動(dòng)光圈驅(qū)動(dòng)線路接頭焊接短路的事故，這給工程施作帶來莫大損失及成本消耗，身為工程商不得不預(yù)防此類問題發(fā)生。

六、鏡頭的目標(biāo)攝像推算方式

鏡頭取像成像的公式及推算方式很多，下面介紹說明其中一種相對簡易的方式。當(dāng)然方式公式都不盡相同，以下僅供參考。

焦距的計(jì)算

1、公式計(jì)算法：視界大小和焦距的計(jì)算。視界大小是指被攝像物體的大小，視界的大小則是以鏡頭至被攝像物體距離，鏡頭焦距及所要看到的成像大小確定的。

2、鏡頭的焦距視界大小及鏡頭到被攝像物體的距離的計(jì)算如下。

基本公式：f=wL/W 另一反推`f=hL/H；

其中f：鏡頭焦距(mm)；

小寫w：影像的寬度(被攝像體在攝像機(jī)CCD上成像的寬度mm)；

大寫W：被攝像體的實(shí)體寬度；

L：被攝像體到攝像機(jī)鏡頭的距離；

小寫h：影像高度(被攝像體在攝像機(jī)CCD上成像高度)；

視界高度(可看到的攝取場景)；

H：被攝物體的高度；

CCD規(guī)格尺寸：單位mm 規(guī)格。

束語：與國際品牌相比，國內(nèi)鏡頭產(chǎn)品不論質(zhì)量還是價(jià)格上都在日趨貼近，中國的光學(xué)行業(yè)發(fā)展雖則晚于日韓諸國，然而在光學(xué)加工業(yè)中，中國鏡頭企業(yè)并不疏于國外競爭對手，在某些環(huán)節(jié)甚至強(qiáng)于國際廠商。