镜头是电视监控系统中必不可少的部件,在电视监控系统中如何根据现场被监视环境,正确选用摄像机镜头是非常重要的,因为它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求。

监控摄像机镜头常识与调试方法

监控摄像机镜头知识

1)应依据摄像机到被监视目标的距离,来选择定焦镜头(FixedFocalLens)的焦距。

从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示,镜头光圈一般用F表示,F取值以镜头的焦距/和通光孔径d的比值来衡量,F=f/d,每个镜头上均标有其最大的F值。

2)摄像机的镜头规格应与摄像机CCD靶面尺寸(1/2″为6.4hX4.8υ、1/3″为4.8hX3.6υ、1/4″为3.2hX2.4υ)相对应。如果镜头尺寸与摄像机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)摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与摄像机CCD靶面尺寸hXυ及镜头焦距f之间有如下关系:水平视觉度数=2arctan(h/2f);垂直视觉度数=2arctan(υ/2f)。

4)镜头有自动光圈(autoiris)和手动光圈(manualiris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合,手动光圈用于被照物光线稳定之处。

自动光圈镜头有二种驱动方式:一类为视频输入型Videodriver(withAmp),它将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈,这种视频输入型镜头内包含有放大器电路,用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制,另一类称为DC输入型(DCdrivernoAmp),它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈,这种镜头内只包含电流计式光圈马达,摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性,但现已有通用型自动光圈镜头推出。

5)镜头安装有C型和CS型两种,C型安装的镜头在CCD摄像机与镜头间多了5mm调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头,但CS安装的摄像机不能使用C型镜头。Philips公司推出革命性的Wizard镜头安装向导,保证镜头与摄像机的完全兼容,这使得在任何环境下都可得到最优图像。

6)变焦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。典型的光学放大规格有诸如6~20倍等不同档次,并以电动缩放镜头(ZoomLens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有:

·三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。

·二可变镜头——通常是自动光圈镜头,而聚焦和焦距需人为调节。

·单可变镜头——一般是自动光圈和自动聚焦的镜头,而焦距需人为调节。

7)缩放/变焦镜头(VariFocalLens)是变焦镜头配合缩放镜头功能,焦距连续可变,可将远距离物体放大,又可提供一个宽广视景,使监视宽度增加。日本Kowa公司提供从1.6~3.4mm的宽角度镜头到15.0—300mm的远距镜头。

8)除传统的球面镜头外,新一代的是非球面镜头(AsphericalLens),镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线,并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素,通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果,因此可以减少镜片的数量,使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确、镜头内的光线反射得以降低,镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。变倍高可以简化镜头的种类,物距短可以应用在近距离摄像的场合,光圈大则可以适应光线较暗的场所,因此应用领域日渐宽广。日本AVENIA的非球面镜头产品SSV0770,近摄距离可到30cm,光圈值也可到F1.6,变焦范围可从7.0~70mm,变倍率高达十倍,可用于电视监控等领域。

监控摄像机镜头调法

1、镜头焦距:方案设计人员在考虑镜头指标时需要根据监控目标的位置、距离、CCD规格,以及监控目标在监视器上的图像效果等综合地来进行考虑,以选择最合适的焦距的镜头。比如,生产线监控,一般需要监看比较近的物体,而且对清晰度要求较高。这种情况,定焦镜头的效果一般要比变焦的好,所以通常会选择短焦距定焦镜头。

如2.8mm、4mm、6mm、8mm等。又如监控室内目标时,选择的焦距不会太大,一般会选择短焦距的手动变焦镜头,如3.0-8.2mm、2.7-12.5mm等;道路监控中,多车道监控要用焦距短一些的,如6-15mm;十字路口的红绿灯车牌监控要用相应长一些的焦距,如6-60mm;城市治安监控一般就要用到焦距更长一些的电动变焦镜头,如6-60mm、8-80mm、7.5-120mm等;高速公路、铁路、河道、环境检测、森林防火、机场、边海防等,一般要用到大变倍长焦距的电动变焦镜头,如10-220mm、13-280mm、10-330mm、15-500mm及10-1100mm等。

2、视场角范围:视场角范围计算是有公式的,知道镜头的焦距、CCD尺寸,视场角就可以推算出来。镜头有这样的规律:焦距越大,监控得越远,视场角就越小;焦距越小,监控距离就近,视场角就大,焦距和视场角是反比关系。如在一些有手动变焦镜头需求的项目中,视场角范围是最先需要考虑的,所以一般会根据视场角范围来确定所选焦距范围。电动变焦镜头因为是可以根据现场环境随时用键盘控制变焦、聚焦的,所以视场角范围不是太需要考虑。但是当电动变焦镜头的起始焦距过大(比如起始焦距超过20mm)时,是无法实现大范围监控的。

3、镜头的光圈:镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量(F=f/D),以F标记。每个镜头上均标有其最大F值,F值越小,则光圈越大。对于恒定光照条件的环境,可以选用固定光圈的镜头,这种一般为实验室环境;对于光照度变化不明显的环境,常会选用手动光圈镜头,即将光圈调到一个比较理想的数值后固定下来就可以了;如果照度变化较大,需24小时的全天候室外监控,应选用自动光圈镜头。

自动光圈镜头分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,采用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,可使输出图像变得明亮或者暗淡。但需注意的是,如果光照度一直是不均匀的,比如监控目标与背景光反差较大时,采用自动光圈镜头的话,光圈的电机可能会一直处于随时动作的状态,监控的效果并不理想,这种情况下,一般需要镜头配合摄像机的背光补偿功能来实现,采用宽动态的摄像机也会有比较不错的效果。

镜头的光圈开到最大的时候,它的解像力一般是最高的。至于原因可以用一个比喻来说明:假设镜头有10000个小洞来透光的,光源A,成像为B,在最大光圈情况下,A透过10000个洞形成的B是由10000个像组成的;在小光圈下,镜头中只有100个小洞是开放的,所以B只有100个像组成;在中等光圈下,这个值大概是2000左右,所以这个时候解像力就远高于小光圈。但是为什么我们不一直用大光圈从而获得最佳的解像力呢?这就牵涉到镜头的另外一个指标–景深。当镜头对物体对焦时,在物体(聚焦点)前后若干距离内的物体,也会有比较清晰影像,景深即是这段前后比较清晰的距离范围。镜头的光圈和景深的大小成反比,大光圈的时候,几乎没有景深可言,得到的监控图像的背景将一片模糊。所以镜头的光圈并非是越大越好,还要看监控的环境。

4、镜头的成像圆尺寸:在监控项目中,与枪型摄像机匹配的镜头的成像圆口径一般为1/3英寸或1/2英寸。镜头的成像圆不应小于摄像机的CCD尺寸,否则将出现黑角。相同焦距不同口径的镜头匹配同样尺寸的摄像机时,监控到的物体的距离及得到的视场角是有差异的。如在1/2英寸CCD的摄象机中,标准镜头焦距大概为12mm时,有30°的视场角;而在1/3英寸CCD的摄象机中,标准镜头焦距在8mm左右即可拥有30°的视场角。

最后,还需要考虑镜头的接口类型,镜头接口与摄像机接口要一致。现在摄像机和镜头通常都是CS型接口,CS型摄像机可以和CS型、C型镜头配接,但和C型镜头接配时,必须在镜头和摄像机之间加转接环,否则可能碰坏CCD成像面的保护玻璃,造成CCD摄像机的损坏。C型摄像机不能和CS型镜头配接。

来源:中国数字音视网   

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