监控摄像机镜头（视频监控系统摄像机镜头的主要参数及选用）

　　监控摄像机镜头（视频监控系统摄像机镜头的主要参数及选用）
　　摄像机镜头是视频监视系统的关键设备，它相当于我们眼睛中的晶状体结构，负责把外面的景象影射到一个平面上。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。与近视眼或远视眼同理，摄像头与镜头的配合也有类似现象，当镜头的成像平面不能正好位于摄像头的CCD芯片上时，图像就会变得不清楚。
　　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。
　　一、摄像机镜头的分类
　　视频监控系统摄像机镜头品种繁多，从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头;从视场大小分有广角、标准，远摄镜头;结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。
　　二、摄像机镜头的主要参数
　　1.焦距
　　我们知道，平行光纤通过凸透镜会汇聚于一个焦点，这个焦点离透镜中心位置的长度就是焦距。现有镜头一般都可以看成凸透镜组，对于焦距固定的镜头，即定焦镜头;焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。
　　焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
　　焦距的大小不但决定着视场角的大小，也在一定程度上影响着图像的景深。对景深的理解我们可以从＂对焦＂说起，在调节摄像机时，我们通过调节相机镜头，使距离摄像机一定距离的景物清晰成像的过程，叫做对焦。那个景物所在的点，称为对焦点。景深就是保证对焦点前后景物成像清晰的范围的总和，就叫做景深，意思是只要在这个范围之内的景物，都能清楚地拍摄到。景深的大小，首先与镜头焦距有关，焦距长的镜头，景深小，焦距短的镜头景深大。其次，景深与光圈有关，光圈越小，景深就越大;光圈越大景深就越小。一般来说，前景深小于后后景深，也就是说，精确对焦之后，对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像，而对焦点后面很长一段距离内的景物，都是清晰的。
　　(1)基于焦距的分类及应用
　　依据镜头的焦距是否可变，支持哪种变化方式，我们可以将摄像机镜头分为定焦镜头、手动变焦镜头和电动变焦镜头。定焦和变焦镜头的选用一般取决于监视景物的特点和经济性。对于监视比较固定的地点，比如文物展台、收费窗口，使用定焦镜头具有一定的经济性，毕竟，定焦镜头比变焦镜头便宜。
　　我们无法确定具体哪个位置为最佳的对焦点时，比如一些狭长的通道或区域，采用变焦镜头有更大的灵活性，可以依据现场情况来确定定位于何种焦距是最合适的。至于变焦的范围，则可以根据监视范围的长度来确定，常用的规格有2.8～13mm，3.5～8mm几种。
　　电动变焦镜头用于监控很大的场面时，通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率，如果知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头，基准焦距为8.5毫米，那么其变焦范围就是8.5到51毫米连续可调，视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V～16V，最大电流为30毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降会导致镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。
　　摄像机镜头焦距的长短与其视场角是密切相关的。镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角，且图像水平视场角大于图像垂直视场角，通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。
　　依据摄像机镜头水平视场角的大小，可以将摄像机镜头分为标准镜头(或称中焦镜头、)、广角镜头(或称短焦镜头)、远摄镜头。
　　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摄像机中，标准镜头焦距定为8mm，一般用于走道及小区周界等场所。
　　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。
　　2.光阑系数
　　光阑系数即光圈指数，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/P1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。
　　视频监控系统的摄像机镜头光圈有手动和自动光圈之分。手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整通光孔径，保证进入摄像机的亮度相对稳定，用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。
　　自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。
　　另一类称为直流(DC)驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调节(测光调节)，有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度)，可将输出图像变得明亮或者暗淡。
　　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。
　　(1)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二180/画幅格式的高度。由于摄像机CCD靶面大小已经标准化，如1/2英寸摄像机，其靶面为宽6.4mm*高4.8mn，1/3英寸摄象机为宽4.8mm×高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英寸格式摄像机，镜头的分辨率应大于50对线，摄像机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。
　　(2)红外感应能力
　　由于玻璃对不同波长光线的折射率不同，故聚焦点的位置会有所差别，目前市面上的普通镜头可以做到把相差250nm左右波长的光线聚集到同一平面上，即430～650nm或者650～900nm范围内的光可以聚焦成功，呈现出清晰的图像，这就是为什么普通镜头白天调清晰了，夜视模糊，或者夜视调清晰了，白天模糊的原因。
　　专业感红外的镜头采用特殊的镜片(超低色散)，能做到把430～900nm甚至更长波段范围的光线都聚集到同一平面上，所以不管白天还是夜视都是清晰的。
　　专业感红外的镜头由于镜片材料特殊，所以造价是很高的，为了降低价格，有些厂商采用镀膜的方式，利用特种材料对光线进行修正，也能部分达到红外感应镜头的效果，但是不好的镀膜技术很容易脱落和蒸发的，反而会影响镜头原本成像的清晰度。
　　3.摄像机镜头的正确使用
　　设备选型必须结合现场环境需求，并考虑到一定的经济性，下面就以使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。
　　(1)镜头焦距的选用
　　摄像机镜头焦距的选用一般采用计算法，依据摄像机成像靶面尺寸(宽w，高h)，需要监视范围的尺寸(宽W或高H)，监视点距离摄像机的距离(L)，通过下述公式，计算出镜头需要的焦距。
　　公式一：f=W*L/w(W，L单位M，f，w单位mm)
　　公式二：f=H*L/h(H，L单位M，f，h单位mm)
　　举例：当选用1/2″镜头时，图像尺寸为u=4.8mm，h=6.4mm。
　　镜头至景物距离D=3500mm，景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=1.333这种关系由摄像机取景器CCD片决定)。
　　将以上参数代入公式一中，可得f=4.8
　　3500/2500=6.72mm，故选用6mm定焦镜头即可。(2)镜头C和CS接口的选择
　　所有的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄象机的镜头安装接口有两种工业标准，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，其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。
　　在选型时，一定要注意摄像机和镜头安装方式的匹配，即镜头和摄像机的安装座应该一致。基于C安装座的螺纹深度比CS要大，CS的镜头是无法安装到C安装座的摄像机上的，但是可以将一个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(增加深度的垫片)。