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鏡頭參數(shù) 鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件，鏡頭與CCD攝像機配合，可以將遠距離目標(biāo)成像在攝像機的CCD靶面上。 鏡頭的種類繁多，從焦距上分類，可分為短焦距、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭；從視場的大小分類，可分為廣角、標(biāo)準、遠攝鏡頭；從結(jié)構(gòu)上分類，還可分為固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）等類型。由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，在實際應(yīng)用中必須合理選擇鏡頭。 1 、鏡頭的參數(shù) 鏡頭的光學(xué)特性包括成像尺寸、焦距、相對孔徑和視場角等幾個參數(shù)，一般在鏡頭所附的說明書中都有注明，以下分別介紹。 A、成像尺寸 鏡頭一般可分為25. 4mm（lin）、16. 9mm（2/3in）、12. 7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種規(guī)格，它們分別對應(yīng)著不同的成像尺寸，選用鏡頭時，應(yīng)使鏡頭的成像尺寸與攝像機的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了幾種常見CCD芯片的靶面尺寸，表中單位為mm。 表1-1 幾種常見CCD芯片的靶面尺寸 由表1-1可知，12. 7mm（1/2in）的鏡頭應(yīng)配12. 7mm（1/2in）靶面的攝像機，當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸大時，不會影響成像，但實際成像的視場角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場角小（參見圖1-1），而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸小時，就會影響成像，表現(xiàn)為成像的畫面四周被鏡筒遮擋，在畫面的4個角上出現(xiàn)黑角（參見圖1-1）。 (1)鏡頭成像尺寸比CCD靶面尺寸大 (2)鏡頭成像尺寸比CCD靶面尺寸小 圖1-1 鏡頭成像尺寸與CCD靶面尺寸的關(guān)系 B、焦距 在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會有用戶提出該攝像機能看清多么遠的物體或該攝像機能看清多么寬的場景等問題，這實際上由所選用的鏡頭的焦距來決定，因為焦距決定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對同一位置的某物體攝像時，配長焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就大，反之，配短焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就小。當(dāng)然，被攝物體成像的清晰度還與所選用的CCD攝像機的分辨率及監(jiān)視器的分辨率有關(guān)。 理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠的物體，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當(dāng)成像小到小于CCD傳感器的一個像素大小時，便不再能形成被攝物體的像，即使成像有幾個像素大小，該像也難以辨識為何物。 當(dāng)已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離，則可根據(jù)下兩式估算所選取配鏡頭的焦距： f=hD/H f=vD/V 式中，D為鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別為被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸；v為靶面成像的高度；h為靶面成像的水平寬度。 成像場景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的，舉個例子來說，用同一支攝像機對同一個停車場進行監(jiān)視，選用短焦距鏡頭可以對整個停車場的全景進行監(jiān)視并看到出入口外的車輛進出，但卻不能看清該輛車的牌照號碼（該車在監(jiān)視器屏幕上僅占據(jù)了很小的面積）；而選用長焦距鏡頭雖可以看清該輛車的牌照號碼（該車占據(jù)了屏幕上的大部分面積），卻又不能監(jiān)視到整個停車場的全貌。因此當(dāng)需要既監(jiān)視全景以要看清局部時，一般應(yīng)考慮配用電動兩可變或電動三可變鏡頭。當(dāng)然，在選定了鏡頭的前提下，選用高分辨率的攝像機及監(jiān)視器則可以在被監(jiān)視物體成像尺寸較小時也能看清局部細節(jié)。 C、相對孔徑 為了控制通過鏡頭的光通量大小，在鏡頭的后部均設(shè)置了光闌（俗稱光圈）。假定光闌的有效孔徑為d，由于光線折射的關(guān)系，鏡頭實際的有效孔徑為D，D與焦距f之比定義為相對孔徑A，即 A=D/f 鏡頭的相對孔徑?jīng)Q定于被攝像的照度，像的照度E與鏡頭的相對孔徑平方成正比，一般習(xí)慣上用相對孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小，即 F=f/D 式中，F(xiàn)一般稱為光欄F數(shù)，標(biāo)注在鏡頭光欄調(diào)整圈上，其標(biāo)值為1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每兩個相鄰數(shù)值中，后一個數(shù)值是前一個數(shù)值的倍。由于像面照度與光欄的平方成正比，所以光欄每變化一檔，像面亮度就變化一倍。F值越小，光欄越大，到達攝像機靶面的光通量就越大。 D、視場角 鏡頭有一個確定的視野，鏡頭對這個視野的高度和寬度的張角稱為視場角。視場角與鏡頭的焦距f及攝像機靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有關(guān)，鏡頭的水平視場角ah及垂直視場角av可分別由下式來計算，即 ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f） 由以上兩式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場角越大，或者，攝像機靶面尺寸h或v越大，其視場角也越大。如果所選擇的鏡頭的視場角太小，可能會因出現(xiàn)監(jiān)視死角而漏監(jiān)；而若所選擇的鏡頭的視場角太大，又可能造成被監(jiān)視的主體畫面尺寸太小，難以辨認，且畫面邊緣出現(xiàn)畸變。因此，只有根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇視場角合適的鏡頭，才能保證既不出現(xiàn)監(jiān)視死角，又能使被監(jiān)視的主體畫面盡可能大而清晰。 表1-2列出了幾種常用鏡頭的水平視場角，表中的參數(shù)是以日本精工系列鏡頭為參考給出的。 焦距/mm 鏡頭尺寸/in 2. 8 3. 5 4. 0 4. 8 6. 0 8. 0 12. 0 16. 0 25. 0 1/3 86. 3 67. 4 62. 0 52. 2 42. 3 32. 6 22. 1 17. 1 10. 6 1/2 94. 6 69. 4 57. 1 42. 6 29.7 22. 6 14. 2 2/3 59. 2 30. 8 19. 4 1 27. 8 表1-2 列出了幾種常用鏡頭的水平視場角 圖1-2為不同焦距鏡頭所對應(yīng)的視場角示意圖（設(shè)所用鏡頭均配接1/2in靶面CCD攝像機）。 圖1-2 不同焦距鏡頭所對應(yīng)的視場角 E、接口 鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種。圖1-3畫出了這兩種鏡頭的接口部位示意圖。其中上半部為CS型鏡頭，下半部為C型鏡頭。在電視監(jiān)控系統(tǒng)中常用的鏡頭是C型安裝鏡頭（in32牙螺紋座），這是一種國際公認的標(biāo)準。這種鏡頭安裝部位的口徑是25. 4mm（in），從鏡頭安裝基準面到焦點的距離是17. 526 mm。大多數(shù)攝像機的鏡頭接口則做成CS型，因此將C型鏡頭安裝到CS接口的攝像機時需增配一個5 mm厚的接圈，而將CS鏡頭安裝到CS接口的攝像機時就不需接圈。 圖1-3 C型安裝和CS型安裝鏡頭 在實際應(yīng)用中，如果誤對CS型鏡頭加裝接圈后安裝到CS接口攝像機上，會因為鏡頭的成像面不能落到攝像機的CCD靶面上而不能得到清晰的圖像，而如果對C型鏡頭不加接圈就直接接到CS接口攝像機上，則可能使鏡頭的后鏡面碰到CCD的靶面的保護玻璃，造成CCD攝像機的損壞，這一點在實用中需特別注意。 2、鏡頭的種類 鏡頭的種類有許多種，每一種鏡頭都有其特點。根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的不同，這些鏡頭的價格相差非常大，如電動變焦鏡頭要比普通定焦鏡頭的價格高約10倍，因此，只有正確了解各種鏡頭的特性，才能更加靈活地選擇鏡頭。 A、固定光圈定焦鏡頭 固定光圈定焦鏡頭是相對較為簡單的一種鏡頭，該鏡頭上只有一個可手動調(diào)整的對焦調(diào)整環(huán)（環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值），左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使成在 CCD靶面上的像最為清晰，此時在監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。 由于是固定光圈鏡頭，因此在鏡頭上沒有光圈調(diào)整環(huán)，也就是說該鏡頭的光圈是不可調(diào)整的，因而進入鏡頭的光通量是不能通過簡單地改變鏡頭因素而改變，而只能通過改變被攝現(xiàn)場的光照度來調(diào)整，如增減被攝現(xiàn)場的照明燈光等。這種鏡頭一般應(yīng)用于光照度比較均勻的場合，如室內(nèi)全天以燈光照明為主的場合，在其他場合則需與帶有自動電子快門功能的CCD攝像機合用（當(dāng)然，目前市面上絕大多數(shù)的CCD攝像機均帶有自動電子快門功能），通過電子快門的調(diào)整來模擬光通量的改變。 B、手動光圈定焦鏡頭 手動光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調(diào)整環(huán)，其光圈調(diào)整范圍一般可從F1. 2或F1. 4到全關(guān)閉，能很方便地適應(yīng)被攝現(xiàn)場的光照度，然而由于光圈的調(diào)整是通過手動人為地進行的，一旦攝像機安裝完畢，位置固定下來，再頻繁地調(diào)整光圈就不那么容易了，因此，這種鏡頭一般也是應(yīng)用于光照度比較均勻的場合，而在其他場合則也需與帶有自動電子快門功能的CCD攝像機合用，如早晚與中午、晴天與陰天等光照度變化比較大的場合，通過電子快門的調(diào)整來模擬光通量的改變。 C、自動光圈定焦鏡頭 自動光圈定焦鏡頭在結(jié)構(gòu)上有了比較大的改變，它相當(dāng)于在手動光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個由齒輪嚙合傳動的微型電動機，并從其驅(qū)動電路上引出3芯或4芯線傳送給自動光圈鏡頭，至使鏡頭內(nèi)的微型電動機相應(yīng)做正向或反向轉(zhuǎn)動，從而高速光圈的大小。自動光圈鏡頭又分為含放大器（視頻驅(qū)動型）與不含放大器（直流驅(qū)動型）兩種規(guī)格。 D、手動變焦鏡頭 顧名思義，手動變焦鏡頭的焦距是可變的，它有一個焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距，其變比一般為2~3倍，焦距一般在3. 6~8 mm。在實際工程應(yīng)用中，通過手動調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)，可以方便地選擇監(jiān)視現(xiàn)場的視場角，如：可選擇對整個房間的監(jiān)視或是選擇對房間內(nèi)某個局部區(qū)域的監(jiān)視。當(dāng)對于監(jiān)視現(xiàn)場的環(huán)境情況不十分了解時，采用這種鏡頭顯然是非常重要的了。 對于大多數(shù)電視監(jiān)控系統(tǒng)工程來說，當(dāng)攝像機安裝位置固定下來后，再頻繁地手動變焦是很不方便的，因此，工程完工后，手動變焦鏡頭的焦距一般很少再去調(diào)整，而僅僅起到定焦鏡頭的作用。因而手動變焦鏡頭一般用在要求較為嚴格而用定焦鏡頭又不易滿足要求的場合。但這種鏡頭卻受到工程人員的青睞，因為在施工調(diào)試過程中使用這種鏡頭，通過在一定范圍的焦距調(diào)節(jié)，一般總可以找到一個可使用戶滿意的觀測范圍（不用反復(fù)更換不同焦距的鏡頭），這一點在外地施工中尤為顯得方便。 E、自動光圈電動變焦鏡頭 此種鏡頭與前述的自動光圈定焦鏡頭相比另外增加了兩個微型電動機，其中一個電動機與鏡頭的變焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可改變鏡頭的焦距（Zoom）；另一個電動機與鏡頭的對焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動時可完成鏡頭的對焦（Focus）。由于該鏡頭增加了兩個可遙控調(diào)整的功能，因而此種鏡頭也稱作電動兩可變鏡頭。 自動光圈電動變焦鏡頭一般引出兩組多芯線，其中一組為自動光圈控制線，其原理和接法與前述的自動光圈定焦鏡頭的控制線完全相同；另一組為控制鏡頭變焦及對焦的控制線，一般與云臺鏡頭控制器及解碼器相連。當(dāng)操作遠程控制室內(nèi)云臺鏡頭控制器及解碼器的變焦或?qū)拱粹o時，將會在此變焦或?qū)沟目刂凭€上施加一個或正或負的直流電壓，該電壓加在相應(yīng)的微型電動機上，使鏡頭完成變焦及對焦調(diào)整功能。 F、電動三可變鏡頭 此種鏡頭與前述電動兩可變鏡頭結(jié)構(gòu)相差不多，只是將對光圈調(diào)整電動機的控制由自動控制方式改為由控制器來手動控制，因此它也包含了3個微型電動機，引出一組6芯控制線與云臺鏡頭控制器及解碼器相連。常見的有6倍、10倍和12倍等幾種規(guī)格。 需要說明的是，變焦鏡頭的“倍率”與焦距是兩個不同的概念，有些人往往混淆兩者的含義，認為倍率越高則看得越遠。其實，倍率是變焦鏡頭的最長焦距與最短焦距之比，是一個相對值。例如，同樣是6倍鏡頭，市面上常見的就有6~36mm、7~42 mm、8~48 mm和8. 5~51 mm等多種不同廠家的不同品種，其中8. 5~51 mm鏡頭的遠視特性顯然比6~36mm鏡頭的遠視特性要好，但它的近視（廣角）特性卻不如6~36mm鏡頭好。