镜头监控摄像头的选择与基本参数

监控摄像头的选择与基本参数

摄像机镜头的选择

摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备它的质量指标优劣直接影响摄像机的整机指标因此摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量又关系到工程造价。

镜头相当于人眼的晶状体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这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。 当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时也就是人们常说的近视眼眼前的景物就变得模糊不清摄像头与镜头的配合也有类似现象 当图像变得不清楚时可以调整摄像头的后焦点改变CCD芯片与镜头基准面的距离相当于调整人眼晶状体的位置 可以将模糊的图像变得清晰。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。 、 镜头的分类

按外形功能分 按尺寸大小分 按光圈分 按变焦类型分 按焦距长矩分

球面镜头 1” 25mm 自动光圈 电动变焦 长焦距镜头

非球面镜头 1/2” 3mm 手动光圈 手动变焦 标准镜头

针孔镜头 1/3” 8.5mm 固定光圈 固定焦距 广角镜头

鱼眼镜头 2/3” 17mm

  以镜头安装分类:所有的摄象机镜头均是螺纹口的 摄象机的镜头安装有两种工业标准即安装座和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。 安装座从镜头安装基准面到焦点的距离是

17.526mm。 安装座特种安装此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个安装座镜头安装到一个安装座摄象机上时则需要使用镜头转换器。

  以摄象机镜头规格分类:摄象机镜头规格应视摄象机的尺寸而定两者应相对应。即摄象机的靶面大小为  英寸时镜头应选  英寸。 摄象机的靶面大小为  英寸时镜头应选  英寸。 摄象机的靶面大小为  英寸时镜头应选  英寸。 如果镜头尺寸与摄象机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。

  以镜头光圈分类:镜头有手动光圈manual i r is和自动光圈auto i r is之分配合摄象机使用手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合 自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈称为视频输入型另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈称为输入型。 自动光圈镜头上的 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 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来变换画面。 另外 自动光圈镜头装有光圈环转动光圈环时通过镜头的光通量会发生变化光通量即光圈一般用表示其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比即 f 焦距  镜头实际有效口径  值越小则光圈越大。 采用自动光圈镜头对于下列应用情况是理想的选择 它们是 在诸如太阳光直射等非常亮的情况下用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。 要求在整个视野有良好的聚焦时用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。 要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时应使用自动光圈镜头。

以镜头的视场大小分类:标准镜头视角 度左右在  英寸摄象机中标准镜头焦距定为 mm在  英寸摄象机中标准镜头焦距定为mm。 广角镜头视角 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 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。 变倍镜头zoomlens 也称为伸缩镜头有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。 可变焦点镜头var i-focus lens  它介于标准镜头与广角镜头之间焦距连续可变即可将远距离物体放大同时又可提供一个宽广视景使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦则需通过手动聚焦实现。 针孔镜头镜头直径几毫米可隐蔽安装。

  从镜头焦距上分短焦距镜头因入射角较宽可提供一个较宽广的视野。中焦距镜头标准镜头焦距的长度视的尺寸而定。 长焦距镜头 因入射角较狭窄故仅能提供狭窄视景适用于长距离监视。 变焦距镜头通常为电动式可作广角、标准或远望等镜头使用。

1) 定焦距焦距固定不变可分为有光圈和无光圈两种。

² 有光圈镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈的称为手动光圈镜头自带微型电机自动调整光圈的称为自动光圈。

² 无光圈即定光圈其通光量是固定不变的。主要用光源恒定或

摄像机自带电子快门的情况。

2) 变焦距焦距可以根据需要进行调整使被摄物体的图像放大或缩小。

常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。

三可变镜头可调焦距、调聚焦、调光圈。

二可变镜头可调焦距、调聚焦、 自动光圈。

注释

变焦镜头--焦平面的位置固定而焦路可连续调节的光学系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片改变它们之间的相对位置而实现的。这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。

焦距--透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离。单位一般为毫米或英寸。

光圈--位于摄像机镜头内部分的、可以调节的光学机械性阑也可用来控制通过镜头的光线的多少。

自动光圈--镜头内的隔膜装置可根据电视摄像机传来的视频信号自行调节以适应光照强度的变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000-1到300000-1 。

 、选择镜头的技术依据

  镜头的成像尺寸应与摄象机靶面尺寸相一致如前所述有英寸、   英寸、   英寸、   英寸、   英寸、   英寸等规格。

  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但对拥护而言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   画幅格式的高度。由于摄象机靶面大小已经标准化如  英寸摄象机其靶面为宽

6.4mm高4.8mm   英寸摄象机为宽4.8mm高3.6mm。因此对  英寸格式的靶面镜头的最低分辨率应为 对线mm对  英寸格式摄象机镜头的分辨率应大于 对线摄象机的靶面越小对镜头的分辨率越高。

  镜头焦距与视野角度首先根据摄象机到被监控目标的距离选择镜头的焦距镜头焦距f确定后则由摄象机靶面决定了视野。

光圈或通光量镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量 以为标记每个镜头上均标有其最大的值通光量与值的平方成反比关系值越小则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

 、变焦镜头zoom lens 变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩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所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有倍

6.0~36mm,F1 .2 、 倍4.5~36mm,F1 .6 、  倍8.0~80mm,F1 .2 、 倍6.0~72mm,F1 .2 、  倍10~200mm,F1 .2等档次并以电动伸缩镜头

应用最普遍。为增大放大倍数除光学放大外还可施以电子数码放大。 在电动伸缩镜头中光圈的调整有三种即 自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整则只有电动调整和预置两种电动调整是由镜头内的马达驱动而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位这样可以免除成像必须逐次调整的过程可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中大部分采用带预置位的伸缩镜头。 另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能 它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

4、镜头与摄像机CCD尺寸的关系 1/2"镜头既可用于1/2"摄像机也可用于1/3"摄像机但视角会减少25%左右。 1/3"镜头不能用于1/2"摄像机只能用于1/3"摄像机。

5、不同种类镜头的应用范围

*手动、 自动光圈镜头的应用范围手动光圈镜头是的最简单的镜头适用于光照条件相对稳定的条件下手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。 在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标应采用自动光圈镜头比如在户外或人工照明经常开关的地方 自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动马达受控于摄像机的视频信号。 手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距光圈镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

*定焦距光圈镜头一般与电子快门摄像机配套适用于室内监视某个固定目标的场所作用。 定焦距镜头一般又分为长焦距镜头 中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头焦距小于成像尺寸的称为短距镜头短焦距镜头又称广角镜头该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头短焦距镜头主要用于环境照明条件差监视范围要求宽的场合焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头长焦距镜头又称望远镜头这类镜头的焦距一般在150mm以上主要用于监视较远处的景物。

*手动光圈镜头可与电子快门摄像机配套在各种光线下均可使用。

*自动光圈镜头 EF可与任何CCD摄像机配套在各种光线下均可使用特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面一般都配自动光圈镜头。

*电动变焦距镜头可与任何CCD摄像机配套在各种光线下均可使用变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦光圈开度改变焦距大小的。

6、镜头的主要性能指标有以下几个

( 1)焦距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。

(2)光阑系数即光通量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/F1 .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 1 1  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 1/1 1  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。另外镜头的光圈还有手动MANUAL I RIS和自动光圈AUTO I RIS之分。配合摄像头使用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用于室外、入口等光线变化大且频繁的场合。

(3) 自动光圈镜头 自动光圈镜头目前分为两类一类称为视频VIDEO驱动型镜头本身包含放大器电路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。

(4)变倍镜头变倍镜头分为手动MANUAL ZOOM LENS和电动AUTO ZOOM LENS两种手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时摄像头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如果再知道基准焦距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。

选配镜头原则:

为了获得预期的摄像效果在选配镜头时应着重注意六个基本要素

A) 被摄物体的大小

B) 被摄物体的细节尺寸

C) 物距

D) 焦距

E) CCD摄像机靶面的尺寸

F) 镜头及摄像系统的分辨率

焦距的计算 公式计算法视场和焦距的计算视场系指被摄取物体的大小视场的大小是以镜头至被摄取物体距离镜头焦头及所要求的成像大小确定的。 1 、镜头的焦距视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下f=wL/W 2、 f=hL/hf镜头焦距w 图象的宽度被摄物体在ccd靶面上成象宽度

W被摄物体宽度

L被摄物体至镜头的距离h 图象高度被摄物体在ccd靶面上成像高度视场摄取场景高度

H被摄物体的高度ccd靶面规格尺寸 单位mm规格

规格 1/3" 1/2" 2/3" 1"

W 4.8 6.4 8.8 12. 7

H 3.6 4.8 6.6 9.6

镜头后截距的调整

焦镜头后截距的调整

使用摄像机自动电子快门功能将镜头光圈调到最大镜头聚焦环按景物实际距离调整然后调节镜头后截距直至图像最清晰。

变焦镜头后截距的调整

1 .打开摄像机自动电子快门功能。

2. 用控制器将镜头光圈调到最大。

3.将摄像机对准30米以外的物体聚焦调至无穷远处大部分镜头是面对镜头面的聚焦调节环顺时针旋转到头 。

4. 用控制器调整镜头变焦将景物推至最远调整镜头后截距使景物最清楚。

5. 用控制器调整镜头变焦将景物拉至最近微调镜头聚焦使景物最清楚。

6.重复4~5步数遍直至景物在镜头变焦过程中始终清楚。

外型、类型、指标的选择

当前的摄象机设备品牌、种类繁多需要根据用户需求、现场环境、安装方式加以选择外型、类型、指标的选择

一、摄象机外型的选择

枪式摄象机适合于所有监控场合

1/2” CCD适合于配置大倍数、长焦距镜头监视范围大、图象质量要求高的室外环境

1/3”或更小CCD适合于图象质量要求较高配置定焦镜头或常规变焦镜头的场合

一体化摄象机含带云台的一体机 适合于图象质量要求一般监视范围较小项目投资较小的场合室内/室外均可使用

半球型摄象机适合于室内隐蔽安装 图象质量要求不高 以美观、隐蔽安装为主要目的的场合

智能球机适合于室内/室外环境更注重摄象设备的整体使用功能的方便性和美观隐蔽安装 图象质量要求一般

其它异型摄象机烟感、针孔、飞碟等 适合于室内环境有特殊安装要求的

二、摄象机类型的确定

彩色摄象机适合于光线较为充足的环境

黑白摄象机适合于所有监控环境尤其是照度较低的环境并且可以配合红外辅助照明设备以实现夜间监控

彩色转黑白 单色摄象机适合于光线变化大 日夜监控图象要求均较高的场合

3CCD彩色摄象机适合于投资大 图象质量要求很高的场合

三、摄象机指标的确定

清晰度450至480线彩色 560线黑白 高清晰度对图象质量要求高330线至420线彩色 380线黑白 普通清晰度对图象质量要求不高灵敏度0. 1 lux 彩色 0.01 lux 黑白 低照度适合于光线不足的监控场合2lux 彩色 0. 1 lux 黑白 常规超度适合于光线充足对夜间监视要求不高的场合

电子快门 自动/手动可以配合镜头扩展摄象机灵敏度范围

AGC 自动可以配合镜头扩展摄象机灵敏度范围

背光补偿自动或菜单设置适合于固定监视点具有逆光的监视环境

信噪比48dB以上高质量适合于摄取较暗场景

45至48dB一般质量适合于光线充足或变化不大的环境

白平衡ATW适合于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合

ACW适合于可以找到白色参考目标的环境

强光抑制适合于监视现场经常出现反差很大的强烈光线的场合

供电方式AC220V或AC24V/DC12V可根据其它前端设备的配置选择在具有特殊要求需要使用安全电压时采用低压供电摄象机

监控摄像机的定焦与变焦镜头

镜头是监控摄像机的眼睛正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。 当前 1 3"镜头是应用的主流 自动光圈镜头销售量最多变焦镜头是应用发展的趋势。

1) 应依据监控摄像机到被监视目标的距离来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)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)监控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)监控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(auto i r is)和手动光圈(manual i r is)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Video dr iver (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用以将监控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(DC dr iverno Amp)  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安装的监控摄像机不能使用C型镜头。 Phi l ips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(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有

²三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。

²二可变镜头——通常是自动光圈镜头而聚焦和焦距需人为调节。

²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(Var i Focal Lens)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(Aspher ical Lens) 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AVEN IA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。

监控摄像头的参数是什么意思

最大光圈

最大光圈的真正价值表现在提高弱光情况下的进光量从而达到最佳曝光组合。拍摄风景一般不太要求镜头的虚化能力另外除特别暗的场所外一般也不太苛求镜头口径。但是当70200mm变焦镜头加装2倍增距镜而使望远焦段变成400mm并用AF自动聚焦时最好选择最大光圈是F2.8的镜头。大光圈有利于在较暗条件下准确聚焦。用大口径镜头拍摄人物即便在光线较弱的地方也能手持机利用自然光拍摄。另外最大光圈大的镜头能带来较快的快门速度所以体育摄影也需要大口径镜头。

要求镜头光圈大的另一个理由是能自由自在地虚化背景而且保证虚化品质。最大光圈F1 .4的镜头当光圈缩小到F2时无论是成像品质还是对背景的虚化品质都要强于最大光圈是F2的镜头。所以说大口径镜头缩小一档光圈具有相当大的价值任何摄影者都要善于利用镜头这一特性。

焦距

选择镜头第一个要注意的是镜头的焦距焦距实际上就是视角问题焦距不同视角也不同。另外用户自己要明确我购买镜头的主要目的是什么是为拍风景还是拍人物等等。众所周知拍风景宜用广角镜头而拍人物则宜用望远镜头所以首先要根据摄影目的来决定自己所要选购的镜头焦距。

拍摄风景最佳焦段是广角焦段24mm、望远焦段200mm 均以35mm规格为标准下同 。当标准变焦镜头广角焦段从28mm进化到24mm后视角变大可收纳的景物范围大大拓宽。一般来说拍摄风景对镜头最大光圈要求不太高。如果主要是拍风景的话选择变焦镜头时广角焦段是24mm基本就够用了。至于望远焦段起码得是200mm如果望远焦段是300mm或400mm就更理想了 自由度会大大提高。传统变焦镜头的望远焦段多是300mm用在数码单反上就是450mm焦距扩大了1 .5倍用起来会令人感到更加痛快这一点正是数码单反的价值所在。现