攝像機(jī)的選擇和主要參數(shù)

1、攝像機(jī)的選擇和主要參數(shù) 攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量（指標(biāo)）優(yōu)劣直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。 鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒(méi)有晶狀體，人眼看不到任何物體；如果沒(méi)有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒(méi)有清晰的圖像輸出，這與我們家用攝像機(jī)和照相機(jī)的原理是一致的。 當(dāng)人眼的肌肉無(wú)法將晶狀體拉伸至正常位置時(shí)，也就是人們常說(shuō)的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清；攝像頭與鏡頭的配合也有類(lèi)似現(xiàn)象，當(dāng)圖像變得不清楚時(shí)，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，改變 CCD 芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離（相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置），可以將模糊

2、的圖像變得清晰。由此可見(jiàn)，鏡頭在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是非常重要的。工程設(shè)計(jì)人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計(jì)人員要根據(jù)物距、成像大小計(jì)算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。 、 鏡頭的分類(lèi) 按外形功能分 按尺寸大小分 按光圈分 按變焦類(lèi)型分 按焦距長(zhǎng)矩分 球面鏡頭 1 ” 25mm 自動(dòng)光圈 電動(dòng)變焦 長(zhǎng)焦距鏡頭 非球面鏡頭 1/2 ” 3mm 手動(dòng)光圈 手動(dòng)變焦 標(biāo)準(zhǔn)鏡頭 針孔鏡頭 1/3 ” 8.5mm 固定光圈 固定焦距 廣角鏡頭 魚(yú)眼鏡頭 2/3 ” 17mm （）以鏡頭安裝分類(lèi) 所有的攝象機(jī)鏡頭均是螺紋口的，攝象機(jī)的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即

3、安裝座和安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。 安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是 17.526mm 。 安裝座：特種安裝，此時(shí)應(yīng)將攝象機(jī)前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是 12.5mm 。如果要將一個(gè)安裝座鏡頭安裝到一個(gè)安裝座攝象機(jī)上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。 （）以攝象機(jī)鏡頭規(guī)格分類(lèi) 攝象機(jī)鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝象機(jī)的尺寸而定，兩者應(yīng)相對(duì)應(yīng)。即 攝象機(jī)的靶面大小為英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選英寸。 攝象機(jī)的靶面大小為英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選英寸。 攝象機(jī)的靶面大小為英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選英寸。 如果鏡頭尺寸與攝象機(jī)靶面尺寸不一致時(shí)，觀察角度將不符合設(shè)計(jì)要求，或者發(fā)生畫(huà)面在焦點(diǎn)

4、以外等問(wèn)題。 （）以鏡頭光圈分類(lèi) 鏡頭有手動(dòng)光圈（ manual iris ）和自動(dòng)光圈（ auto iris ）之分，配合攝象機(jī)使用，手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場(chǎng)合，自動(dòng)光圈鏡頭因亮度變更時(shí)其光圈亦作自動(dòng)調(diào)整，故適用亮度變化的場(chǎng)合。自動(dòng)光圈鏡頭有兩類(lèi)：一類(lèi)是將一個(gè)視頻信號(hào)及電源從攝象機(jī)輸送到透鏡來(lái)控制鏡頭上的光圈，稱(chēng)為視頻輸入型，另一類(lèi)則利用攝象機(jī)上的直流電壓來(lái)直接控制光圈，稱(chēng)為輸入型。 自動(dòng)光圈鏡頭上的（自動(dòng)鏡頭控制）調(diào)整用于設(shè)定測(cè)光系統(tǒng)，可以整個(gè)畫(huà)面的平均亮度，也可以畫(huà)面中最亮部分（峰值）來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度，供給自動(dòng)光圈調(diào)整使用。一般而言，已在出廠時(shí)經(jīng)過(guò)設(shè)定，可不作調(diào)整，但是對(duì)于拍

5、攝景物中包含有一個(gè)亮度極高的目標(biāo)時(shí)，明亮目標(biāo)物之影像可能會(huì)造成 " 白電平削波 " 現(xiàn)象，而使得全部屏幕變成白色，此時(shí)可以調(diào)節(jié)來(lái)變換畫(huà)面。 另外，自動(dòng)光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)光圈環(huán)時(shí)，通過(guò)鏡頭的光通量會(huì)發(fā)生變化，光通量即光圈，一般用表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即： f （焦距）（鏡頭實(shí)際有效口徑），值越小，則光圈越大。 采用自動(dòng)光圈鏡頭，對(duì)于下列應(yīng)用情況是理想的選擇，它們是： 在諸如太陽(yáng)光直射等非常亮的情況下，用自動(dòng)光圈鏡頭可有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。 要求在整個(gè)視野有良好的聚焦時(shí)，用自動(dòng)光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。 要求在亮光上因光信號(hào)導(dǎo)致的模糊最小時(shí)，應(yīng)使

6、用自動(dòng)光圈鏡頭。 （）以鏡頭的視場(chǎng)大小分類(lèi) 標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角度左右，在英寸攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為 mm ，在英寸攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為 mm 。 廣角鏡頭：視角度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。 遠(yuǎn)攝鏡頭：視角度以?xún)?nèi)，焦距可達(dá)幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。 變倍鏡頭（ zoom lens ）：也稱(chēng)為伸縮鏡頭，有手動(dòng)變倍鏡頭和電動(dòng)變倍鏡頭兩類(lèi)。 可變焦點(diǎn)鏡頭（ vari-focus lens ）：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體放大，同時(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過(guò)設(shè)置自動(dòng)聚焦于

7、最小焦距和最大焦距兩個(gè)位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過(guò)手動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。 針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。 （）從鏡頭焦距上分 短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。 中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視的尺寸而定。 長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。 變焦距鏡頭：通常為電動(dòng)式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。 、選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù) （）鏡頭的成像尺寸 應(yīng)與攝象機(jī)靶面尺寸相一致，如前所述，有英寸、英寸、英寸、英寸、英寸、英寸等規(guī)格。 （）鏡頭的分辨率 描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對(duì)擁護(hù)而言，需要了解的僅僅

8、是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計(jì)量單位，計(jì)算公式為：鏡頭分辨率畫(huà)幅格式的高度。由于攝象機(jī)靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如英寸攝象機(jī)，其靶面為寬 6.4mm 高 4.8mm ，英寸攝象機(jī)為寬 4.8mm 高 3.6mm 。因此對(duì)英寸格式的靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為對(duì)線 mm ，對(duì)英寸格式攝象機(jī)，鏡頭的分辨率應(yīng)大于對(duì)線，攝象機(jī)的靶面越小，對(duì)鏡頭的分辨率越高。 （）鏡頭焦距與視野角度 首先根據(jù)攝象機(jī)到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距 f 確定后，則由攝象機(jī)靶面決定了視野。 （）光圈或通光量 鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來(lái)衡量，以為標(biāo)記，每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大的值，通光

9、量與值的平方成反比關(guān)系，值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來(lái)選擇用手動(dòng)光圈還是用自動(dòng)光圈鏡頭。 、變焦鏡頭（ zoom lens ） 變焦鏡頭有手動(dòng)伸縮鏡頭和自動(dòng)伸縮鏡頭兩大類(lèi)。伸縮鏡頭由于在一個(gè)鏡頭內(nèi)能夠使鏡頭焦距在一定范圍內(nèi)變化，因此可以使被監(jiān)控的目標(biāo)放大或縮小，所以也常被成為變倍鏡頭。典型的光學(xué)放大規(guī)格有倍（ 6.036mm,F1.2 ）、倍（ 4.536mm,F1.6 ）、倍（ 8.080mm,F1.2 ）、倍（ 6.072mm,F1.2 ）、倍（ 10200mm,F1.2 ）等檔次，并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。為增大放大倍數(shù)，除光學(xué)放大外還可施以電子數(shù)碼放大。 在

10、電動(dòng)伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動(dòng)光圈、直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈、電動(dòng)調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動(dòng)調(diào)整和預(yù)置兩種，電動(dòng)調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而預(yù)置則是通過(guò)鏡頭內(nèi)的電位計(jì)預(yù)先設(shè)置調(diào)整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調(diào)整的過(guò)程，可精確與快速定位。在球形罩一體化攝像系統(tǒng)中，大部分采用帶預(yù)置位的伸縮鏡頭。 另一項(xiàng)令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測(cè)焦系統(tǒng)與電動(dòng)變焦反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。 4 、鏡頭與攝像機(jī) CCD 尺寸的關(guān)系 1/2" 鏡頭既可用于 1/2" 攝像機(jī)，也可用于 1/3" 攝像機(jī)，但視角會(huì)減少 25% 左右。 1/3" 鏡頭不能用于

11、1/2" 攝像機(jī)，只能用于 1/3" 攝像機(jī)。 5 、不同種類(lèi)鏡頭的應(yīng)用范圍 • 手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的應(yīng)用范圍 手動(dòng)光圈鏡頭是的最簡(jiǎn)單的鏡頭，適用于光照條件相對(duì)穩(wěn)定的條件下，手動(dòng)光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成。光通量靠鏡頭外徑上的一個(gè)環(huán)調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。 在照明條件變化大的環(huán)境中或不是用來(lái)監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動(dòng)光圈鏡頭，比如在戶外或人工照明經(jīng)常開(kāi)關(guān)的地方，自動(dòng)光圈鏡頭的光圈的動(dòng)作由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)受控于攝像機(jī)的視頻信號(hào)。 手動(dòng)光圈鏡頭和自動(dòng)光圈鏡頭又有定焦距（光圈）鏡頭自動(dòng)光圈鏡頭和電動(dòng)變焦距鏡頭之分。 • 定焦距（光圈）

12、鏡頭，一般與電子快門(mén)攝像機(jī)配套，適用于室內(nèi)監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)的場(chǎng)所作用。 定焦距鏡頭一般又分為長(zhǎng)焦距鏡頭，中焦距鏡頭和短焦距鏡頭。中焦距鏡頭是焦距與成像尺寸相近的鏡頭；焦距小于成像尺寸的稱(chēng)為短距鏡頭，短焦距鏡頭又稱(chēng)廣角鏡頭，該鏡頭的焦距通常是 28mm 以下的鏡頭，短焦距鏡頭主要用于環(huán)境照明條件差，監(jiān)視范圍要求寬的場(chǎng)合，焦距大于成像尺寸的稱(chēng)為長(zhǎng)焦距鏡頭，長(zhǎng)焦距鏡頭又稱(chēng)望遠(yuǎn)鏡頭，這類(lèi)鏡頭的焦距一般在 150mm 以上，主要用于監(jiān)視較遠(yuǎn)處的景物。 • 手動(dòng)光圈鏡頭，可與電子快門(mén)攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用。 • 自動(dòng)光圈鏡頭，（ EF ）可與任何 CCD

13、攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，特別用于被監(jiān)視表面亮度變化大、范圍較大的場(chǎng)所。為了避免引起光暈現(xiàn)象和燒壞靶面，一般都配自動(dòng)光圈鏡頭。 • 電動(dòng)變焦距鏡頭，可與任何 CCD 攝像機(jī)配套，在各種光線下均可使用，變焦距鏡頭是通過(guò)遙控裝置來(lái)進(jìn)行光對(duì)焦，光圈開(kāi)度，改變焦距大小的。 6 、鏡頭的主要性能指標(biāo)有以下幾個(gè)： • 1 焦距：焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚；焦距數(shù)值大，視場(chǎng)角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就

14、意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。 • 2 光闌系數(shù)：即光通量，用 F 表示，以鏡頭焦距 f 和通光孔徑 D 的比值來(lái)衡量。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大 F 值，例如 6mm/F1.4 代表最大孔徑為 4.29 毫米。光通量與 F 值的平方成反比關(guān)系， F 值越小，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標(biāo)值為 1.4 ， 2 ， 2.8 ， 4 ， 5.6 ， 8 ， 11 ， 16 ， 22 等，其規(guī)律是前一個(gè)標(biāo)值時(shí)的曝光量正好是后一個(gè)標(biāo)值對(duì)應(yīng)

15、曝光量的 2 倍。也就是說(shuō)鏡頭的通光孔徑分別是 1/1.4 ， 1/2 ， 1/2.8 ， 1/4 ， 1/5.6 ， 1/8 ， 1/11 ， 1/16 ， 1/22 ，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號(hào) 2 倍，因此光圈指數(shù)越小，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大。另外鏡頭的光圈還有手動(dòng)（ MANUAL IRIS ）和自動(dòng)光圈（ AUTO IRIS ）之分。配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈適合亮度變化不大的場(chǎng)合，它的進(jìn)光量通過(guò)鏡頭上的光圈環(huán)調(diào)節(jié)，一次性調(diào)整合適為止。自動(dòng)光圈鏡頭會(huì)隨著光線的變化而自動(dòng)調(diào)整，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場(chǎng)合。 • 3 自動(dòng)光圈鏡頭：自動(dòng)光圈鏡頭目

16、前分為兩類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為視頻（ VIDEO ）驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，用以將攝像頭傳來(lái)的視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。另一類(lèi)稱(chēng)為直流（ DC ）驅(qū)動(dòng)型，利用攝像頭上的直流電壓來(lái)直接控制光圈。這種鏡頭只包含電流計(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對(duì)于各類(lèi)自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)可調(diào)整旋鈕，一是 ALC 調(diào)節(jié)（測(cè)光調(diào)節(jié)），有以峰值測(cè)光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測(cè)光兩種選擇，一般取平均測(cè)光檔；另一個(gè)是 LEVEL 調(diào)節(jié)（靈敏度），可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。 • 4 變倍鏡頭：變倍鏡頭分為手動(dòng)（ MANUAL ZOOM LENS ）和電動(dòng)（ AUTO ZOOM LE

17、NS ）兩種，手動(dòng)變倍鏡頭一般用于科研項(xiàng)目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場(chǎng)面時(shí)，攝像頭通常要配合電動(dòng)鏡頭和云臺(tái)使用。電動(dòng)鏡頭的好處是變焦范圍大，既可以看大范圍的情況，也可以聚焦某個(gè)細(xì)節(jié)，再加上云臺(tái)可以上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍就非常大了。電動(dòng)鏡頭有 6 倍、 10 倍、 15 倍、 20 倍等多種倍率，如果再知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個(gè) 6 倍電動(dòng)鏡頭，基準(zhǔn)焦距為 8.5 毫米，那么其變焦范圍就是 8.5 到 51 毫米連續(xù)可調(diào)，視場(chǎng)角為 31.3 到 5.5 度。電動(dòng)鏡頭的控制電壓一般是直流 8V16V ，最大電流為 30 毫安。所以在選控制器時(shí)，要充分考慮傳輸線

18、纜長(zhǎng)度，如果距離太遠(yuǎn)，線路產(chǎn)生的電壓下降會(huì)導(dǎo)致鏡頭無(wú)法控制，必須提高輸入控制電壓或更換視頻矩陣主機(jī)配合解碼器控制。 7 、焦距的計(jì)算： 1 公式計(jì)算法：視場(chǎng)和焦距的計(jì)算 視場(chǎng)系指被攝取物體的大小，視場(chǎng)的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。 1 、鏡頭的焦距，視場(chǎng)大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計(jì)算如下； f=wL/W 2 、 f=hL/h f ；鏡頭焦距 w ：圖象的寬度（被攝物體在 ccd 靶面上成象寬度） W ：被攝物體寬度 L ：被攝物體至鏡頭的距離 h ：圖象高度（被攝物體在 ccd 靶面上成像高度）視場(chǎng)（攝取場(chǎng)景）高度 H ：被攝物體的高度 ccd 靶面規(guī)格

19、尺寸： 單位 mm 規(guī)格 規(guī)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 由于攝像機(jī)畫(huà)面寬度和高度與電視接收機(jī)畫(huà)面寬度和高度一樣，其比例均為 4:3, 當(dāng) L 不變， H 或 W 增大時(shí)， f 變小，當(dāng) H 或 W 不變， L 增大時(shí)， f 增大。 2 視場(chǎng)角的計(jì)算 如果知道了水平或垂直視場(chǎng)角便可按公式計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)寬度和高度。 水平視場(chǎng)角（水平觀看的角度） =2tg-1= 垂直視場(chǎng)角 q （垂直觀看的角度） q=2tg-1= 式中 w 、 H 、 f 同上 水平視場(chǎng)角與垂直視場(chǎng)角的關(guān)系如下

20、： q= 或 =q 表 2 中列出了不同尺寸攝像層和不同焦距 f 時(shí)的水平視場(chǎng)角 b 的值，如果知道了水平或垂直場(chǎng)角便可按下式計(jì)算出視場(chǎng)角便可按下式計(jì)算出視場(chǎng)高度 H 和視場(chǎng)寬度 W. H=2Ltg 、 W=2Ltg 例如；攝像機(jī)的攝像管為 17mm(2/3in), 鏡頭焦距 f 為 12mm ，從表 2 中查得水平視場(chǎng)角為 40 而鏡頭與被攝取物體的距離為 2m ，試求視場(chǎng)的寬度 w 。 W=2Ltg=2 × 2tg=1.46m 則 H=W= × 1.46=1.059m 焦距 f 越和長(zhǎng)，視場(chǎng)角越小，監(jiān)視的目標(biāo)也就小。 圖解法 如前所示，攝像機(jī)鏡頭的視場(chǎng)由寬（ W ）。高（ H ）和與攝像機(jī)的距離（ L ）決定，一旦決定了攝像機(jī)要監(jiān)視的景物，正確地選擇鏡頭的焦距就由來(lái) 3 個(gè)因素決定； *. 欲監(jiān)視景物的尺寸 *. 攝像機(jī)與景物的距離 *. 攝