高清安防监控系统中的镜头光学性能、工程性能概述

高清监控具有高清晰、高水准、高分辨率等特点,还可以在各种光线不足的环境下保证动态图像质量,具有智能视频分析与自动识别能力,可以实现高质量的安防监控设备,但在高要求的情况下,监控设备的对镜头的品质有哪些要求呢?以下从这两个方面来讨论用于安防高清监控系统中的镜头。

镜头的光学性能

高清摄像机的出现给安防系统的图像质量带来了大幅度的提升。如720p、1080p的IP高清摄像机,3M、5M分辨率的工业高清摄像机等。与之配套的高清镜头在市场上也如雨后春笋般大量出现。但实际使用之后发现问题不少,鱼龙混杂。有以普通分辨率充高分辨率的,有清晰度不均匀的,有镜头中心部分的分辨率达到要求,边缘分辨率很差的等等,实际应用情况并不乐观。

针对安防系统,特别是道路监控应用领域,要求镜头能够在全视角范围内都具有高分辨率(如与1080p高清摄像机配合,镜头的分辨率要求在2M以上),简单而言,就是对镜头的MTF曲线图有较高要求。同时,为了能充分体现摄像机的低照度特性,镜头应具备大通光量(F值要小)。

●镜头的MTF值

镜头的MTF值可用来分析判断一个镜头的成像质量。MTF值(模量传递函数)是对镜头的锐度,反差和分辨率进行综合评价的数值。当然镜头的MTF值并非万能,它没有表现镜头的色差,色散,像场弯曲等,因此不能说明镜头的一切,但它确实是现阶段表现镜头光学能力最科学,最全面的指标。

●镜头的光圈值

光圈系数F值是相对孔径的倒数,相对孔径是镜头通光直径除以镜头的焦距得出的相对值。F值是衡量镜头通光量的一个重要参考指标,光圈系数F值愈小,在同一单位时间内的进光量便愈多。

一般监控系统中,特别是道路监控系统中,全天的光照变化很大,在首先保证镜头F8光圈内有较好的成像质量之外,用于夜间远距离监控的镜头,其F值要求足够小,以保证在较大相对口径状态下有良好成像质量。当然F值越小,镜头的价格越贵,如是大倍数的变焦镜头,其镜头价格要远高于摄像机其他部分的价格。而在道路监控系统,特别是城市道路监控中选用的日夜兼用型镜头,除了镜头的光圈值之外,还要综合考虑到灯光照明条件下的红外光修正,以确保成像的清晰。

室外的监控系统由于光照变化大,一般要求使用自动光圈镜头。当然镜头的实际通光量,除了F值之外还与其他因素有关,如镀膜、镜头的材质和镜头本身的尺寸有关。我们在测试中曾经发现同样的F值,实际的通光量会相差20%。

综合以上镜头的光学性能,以及监控系统的特殊要求,即要求在相对大的光圈下,镜头的MTF要高质量,能够如实体现高清摄像机性能的高清镜头对选材、制造工艺等都有非常高的要求。

根据市场上镜头的综合性价比,我们建议手动变焦镜头的F值在1.2~1.4,电动变焦镜头的F值在1.6~1.8。这样才能最大限度体现出摄像机的低照度性能。

高清镜头的工程性能

高清监控系统的应用中,镜头除了要有好的光学性能之外,良好的工程性能(易调试、高稳定性)已凸显其重要性,否则镜头聚焦的不精确将造成图像质量的下降,无法体现高清的优势。

鉴于此,我们建议应用于高清体系下,多用于固定监控点的手动变焦镜头应具备以下工程特性:

多相位聚焦点:传统的手动变焦镜头聚焦点只有1个,这在高清系统下,聚焦点的掌握非常困难,特别是室外调整。多相位聚焦点可确保调试的精确,确保高清质量。

变动聚焦功能:在镜头的聚焦完成后,调整镜头的焦距仍能保持图像的清晰,直至要求的焦距。

随着高清监控发展的日趋明显,安防行业技术慢慢走向成熟,高清镜头除了光学性能的提升,镜头的生产和组装也发生着变化。如今,百万像素镜头面临的主要问题有两个:一是制造工艺、加工精密度等方面都比普通镜头要高;二是目前在监控高清领域,后端很多产品如传输设备、显示设备、录像设备、带宽等的高清化还不理想,面对如此挑战,百万高清监控镜头要想真正实现普及还有一定的难度。不过种种迹象表明,百万高清镜头的出头之日不会太久,在未来3-5年内,高清监控镜头将拥有理想的市场反应。

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