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                  科普安防知識

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                  監控鏡頭常識及與CCD使用場景

                    攝像機鏡頭選擇是視頻監視系統項目中最關鍵的要素之一,它的質量(指標)優劣直接影響攝像機的整機指標以及整個工程項目的系統質量,同時也關系到工程造價。由此可見,攝像機鏡頭在閉路監控系統中的作用是非常重要的。工程設計人員和施工人員都要經常與鏡頭打交道。設計人員要根據物距、成像大小計算鏡頭焦距,施工人員經常進行現場調試,其中一部分就是把鏡頭調整到最佳狀態。

                  監控鏡頭

                    CCTV攝像機鏡頭主要生產地

                    全球范圍:日本、韓國、德國、中國、中國臺灣

                    中國境內:福建、廣東、河南、甘肅、吉林

                    主要城市:福州、深圳、廈門、長春、南陽、蘭州、信陽

                    目前,CCTV鏡頭世界一流品牌基本都集中在日本,如精工、Tamron、computar、FUJINON、Tokina、Canon、Avenir臺灣亞洲光學等

                    國內部份鏡頭廠商主要有:長春東亞光學、南陽臥龍光學、南陽禾立光學、福州鴻發光、福州市正盛光電儀器、廈門力鼎光電、福州飛華光電、世泰鑫銳光電等

                    目前,國內鏡頭需求大鏡頭(C/CS接口)與小鏡頭(M12接口)所占的比例分別為25%和75%。

                    鏡頭在攝像機成本構成中的比例為20%左右,是攝像機的重要組成部分。與攝像機從高端到低端完整的產品鏈相對應,CCTV鏡頭也形成了從高檔到中檔到低檔的完整的產品鏈,價格從幾十元到幾百元,幾百元到幾千元,一應俱全。利潤水平也相差很大,常用的單板機鏡頭,利潤已很低;技術含量越高,功能越先進的鏡頭,利潤也就越大。

                    鏡頭相當于人眼的晶狀體,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,這與我們家用攝像機和照相機的原理是一致的。當人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時,也就是人們常說的近視眼,眼前的景物就變得模糊不清;攝像頭與鏡頭的配合也有類似現象,當圖像變得不清楚時,可以調整攝像頭的后焦點,改變CCD芯片與鏡頭基準面的距離(相當于調整人眼晶狀體的位置),可以將模糊的圖像變得清晰。

                    鏡頭是攝像機的眼睛,為了適應不同的監控環境和要求,需要配置不同規格的鏡頭。比如在室內的重點監視,要進行清晰且大視場角度的圖像捕捉,得配置廣角鏡頭;在室外的停車場,既要看到停車場全貌,又要能看到汽車的細部,這時候需要變焦鏡頭。

                    攝像機鏡頭的分類

                    視頻監控系統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、變焦鏡頭;從視場大小分有廣角、標準、遠景鏡頭;結構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、電動三可變鏡頭等。

                  視頻監控鏡頭的分類
                  按外形功能分 按尺寸大小分 按光圈分 按變焦類型分 按焦距長矩分
                  球面鏡頭 1" 25mm 自動光圈 電動變焦 長焦距鏡頭
                  非球面鏡頭 1/2" 3mm 手動光圈 手動變焦 標準鏡頭
                  針孔鏡頭 1/3" 8.5mm 固定光圈 固定焦距 廣角鏡頭
                  魚眼鏡頭 2/3" 17mm      

                    (1)以鏡頭安裝方式分類:所有的攝像機鏡頭均是螺紋口的,CCD攝像機的鏡頭安裝有兩種工業標準,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17.526mm。CS安裝座:特種C安裝,此時應將攝像機前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準面到焦點的距離是12.5mm。C型安裝的攝像機可用CS型鏡頭,但CS安裝的攝像機不能使用C型鏡頭。如果要將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝像機上時,則需要使用鏡頭轉換器。

                    (2)以攝像機鏡頭規格分類:攝像機鏡頭規格應視攝像機的CCD尺寸而定,兩者應相對應。即攝像機的CCD靶面大小為1/2英寸時,鏡頭應選1/2英寸。攝像機的CCD靶面大小為1/3英寸時,鏡頭應選1/3英寸。 攝像機的CCD靶面大小為1/4英寸時,鏡頭應選1/4英寸。如果鏡頭尺寸與攝像機CCD靶面尺寸不一致時,觀察角度將不符合設計要求,或者發生畫面在焦點以外等問題。1/2英寸的鏡頭可用于1/2英寸、1/3英寸的攝像機;而1/3英寸的鏡頭只能用于1/3英寸的攝像機,不能用于1/2英寸的攝像機,這是因為1/3英寸鏡頭光通量只有1/2英寸鏡頭光通量的44%,不能滿足1/2英寸的攝像機的光通量要求。

                    (3)以鏡頭光圈分類:固定光圈鏡頭、手動光圈(manual iris)和自動光圈(auto iris)之分,配合攝像機使用,手動光圈鏡頭適合于亮度不變的應用場合,自動光圈鏡頭因亮度變更時其光圈亦作自動調整,故適用亮度變化的場合。

                    固定光圈鏡頭,其通光量是固定不變的。主要用光源恒定或攝像機自帶電子快門的情況。

                    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輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈,它將一個視頻信號及電源從攝像機輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈,這種視頻輸入型鏡頭內包含有放大器電路,用以將攝像機傳來的視頻信號轉換成對光圈馬達的控制,稱為視頻輸入型Video driver(with Amp);另一類則利用攝像機上的直流電壓來直接控制光圈,它利用攝像機上的直流電壓來直接控制光圈,這種鏡頭內只包含電流計式光圈馬達,攝像機內沒有放大器電路,稱為DC輸入型(DC driverno Amp)。二種驅動方式產品不具可互換性,但現已有通用型自動光圈鏡頭推出。

                    自動光圈鏡頭上的ALC(自動鏡頭控制)調整用于設定測光系統,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,供給自動光圈調整使用。一般而言,ALC已在出廠時經過設定,可不作調整,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" 現象,而使得全部屏幕變成白色,此時可以調節ALC來變換畫面。

                    另外,自動光圈鏡頭裝有光圈環,轉動光圈環時,通過鏡頭的光通量會發生變化,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值越小,則光圈越大。采用自動光圈鏡頭,對于下列應用情況是理想的選擇,它們是: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范圍。要求在整個視野有良好的聚焦時,用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致的模糊最小時,應使用自動光圈鏡頭。

                    (4)以鏡頭的視場大小分類

                    標準鏡頭:視角30度左右,在1/2英寸CCD攝像機中,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。

                    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,觀察范圍較大,近處圖像有變形

                    標準鏡頭:視角30度左右,使用范圍較廣

                    長焦鏡頭:視角20度以內,焦距可達幾十毫米或上百毫米,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

                    變倍鏡頭(zoom lens):也稱為伸縮鏡頭,有手動變倍鏡頭和電動變倍鏡頭兩類。

                    可變焦點鏡頭(vari-focus lens):它介于標準鏡頭與廣角鏡頭之間,焦距連續可變,即可將遠距離物體放大,同時又可提供一個寬廣視景,使監視范圍增加。變焦鏡頭可通過設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。

                    針孔鏡頭:鏡頭直徑幾毫米,可隱蔽安裝。

                    注: 三可變鏡頭:可調焦距、調聚焦、調光圈。 二可變鏡頭:可調焦距、調聚焦、自動光圈。

                  常見鏡頭視角角度
                  焦距 規格 角度
                  2.1 mm小鏡頭 1/3 150°
                  2.5mm小鏡頭 1/3 130°
                  2.8mm小鏡頭 1/3 115°
                  2.8mm固定光圈 1/3 115°
                  3.6mm 1/3 96°
                  4mm 1/3 78°
                  6mm 1/3 53°
                  8mm 1/3 40°
                  12mm 1/3 23°
                  16mm 1/3 17°
                  3.5-8mm 1/3 96°- 45°
                  6-15mm  1/3 54°- 23°
                  6-36mm電動變倍鏡頭 1/3 51°- 9°
                  8.5-51mm電動變倍鏡頭 1/3 57°- 10°
                  6-60mm電動變倍鏡頭 1/3 52°- 6°

                    (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:標準鏡頭,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,適用于長距離監視

                    變焦距鏡頭:通常為電動式,可作廣角、長焦變化。

                    鏡頭的主要參數

                    焦距(f,也稱視場角):焦距是鏡頭和感光元件之間的距離,通過改變鏡頭的焦距,可以改變鏡頭的放大倍數,改變拍攝圖像的大小。在工程實際中,我們常用水平視場角來反映畫面的拍攝范圍。焦距f越大,視場角越小,在感光元件上形成的畫面范圍越??;反之,焦距f越小,視場角越大,在感光元件上形成的畫面范圍越大。當物體與鏡頭的距離很遠的時候,我們可用下面公式表達:鏡頭的放大倍數≈焦距/物距。增加鏡頭的焦距,放大倍數增大了,可以將遠景拉近,畫面的范圍小了,遠景的細節看得更清楚了;如果減少鏡頭的焦距,放大倍數減少了,畫面的范圍擴大了,能看到更大的場景。

                    光圈:光圈安裝在鏡頭的后部,光圈開得越大,通過鏡頭的光量就越大,圖像的清晰度越高;光圈開得越小,通過鏡頭的光量就越小,圖像的清晰度越低。通常用F(光通量)來表示。F=焦距(f)/通光孔徑(相對孔徑,鏡頭的相對孔徑決定被攝像機的照度,攝像機的照度與鏡頭的相對孔徑的平方成正比。)。在攝像機的技術指標中,我們可以常??吹?mm/F1.4這樣的參數,它表示鏡頭的焦距為6mm,光通量為1.4,這時我們可以很容易地計算出通光孔徑為4.29mm。在焦距f相同的情況下,F值越小,光圈越大,到達CCD芯片的光通量就越大。

                    鏡頭與CCD感光元件的配置

                    CCD的成像尺寸,也就是攝像機畫面寬度和高度的比例與電視機畫面寬度和高度比例一樣,通常為4:3。這樣保證了攝像機的視頻圖像在顯示器上的圖像不變形。

                  CCD感光芯片

                    鏡頭焦距的配置、確定合適的焦距,是決定圖像質量重要因素。f=v*D/V或f =h*D/H。其中,f代表焦距,v代表CCD成像尺寸的高度,V代表被觀測物體高度,h代表CCD成像尺寸的寬度,H代表被觀測物體寬度,D代表物體到鏡頭的距離。假設用1/3" CCD攝像頭觀測,被測物體寬500毫米,高400毫米,鏡頭焦點距物體5000毫米。由公式可以算出:焦距f=4.8×5000/500≈48毫米或焦距f=3.6×5000/400≈45毫米。

                  CCD尺寸表
                  規格
                  1/4 3.6 2.4
                  1/3 4.8 3.6
                  1/2 6.4 4.8
                  2/3 8.8 6.6
                  3/4 9.6 6.6
                  1 12.7 9.6

                    提示:一體機鏡頭倍數的計算:倍數=f最大值/f最小值

                    例如:22倍=85.8/3.9    27倍=94.5/3.5

                    鏡頭焦距和最佳照射距離:

                    例如,假設用1/3" CCD攝像頭觀測,被測物體寬7.2米(十個成年男人的寬度,標準最佳照射寬度),高5.4米(一個成年男人顯現占屏幕的1/3的高度,標準最佳照射高度),鏡頭焦點距物體30米。由公式可以算出:焦距f=4.8(1/3"CCD寬度尺寸)×30/7.2=20mm或焦距f=3.6(1/3"CCD高度尺寸)×30/5.4=20mm。

                    鏡頭焦距:2.8mm、3.5mm、4mm、4.8mm、6mm、8mm、12mm、16mm、25mm、60mm、73.8mm

                    物體距離:4.3m、5.4m、6m、7.3m、9m、12m、18m、25m、38m、120m、150m

                    鏡頭使用場所及角度:

                    1、廣角鏡頭:視角在90度以上,一般用于電梯轎箱內、大廳等小視距大視角場所;如2.8MM2.5MM

                    2、視角在60度以上用于5*5米左右場所 3.6MM4MM

                    3、視角在50度以上用于8-10米左右場所 6MM

                    4、視角在40度以上用于10-18米左右場所 8MM

                    5、視角在30度以上用于20-30米左右場所12MM16MM

                    6、視角在20度以上用于30-50米左右場所25MM

                    7、長焦鏡頭:視角在20度以內,焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米,用于遠距離監視

                    8、變焦鏡頭:鏡頭的焦距范圍可變,可從廣角變到長焦,用于景深大,視角范圍廣的區域;

                    9、針孔鏡頭:用于隱蔽監控。

                    鏡頭越小,監控的面積越大,而圖像物體相對較小。鏡頭越大,監控的面積越小(窄),而圖像物體相對較大。

                    可以簡單的計算方法:可視距離÷2就相等于所需鏡頭,再參考視角。

                   

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