在安防監(jiān)控系統(tǒng)中如何選購(gòu)合適的鏡頭

    在安防項(xiàng)目招標(biāo)中，鏡頭占的比例較少，所以在項(xiàng)目中鏡頭只是作為攝像機(jī)配件來(lái)采購(gòu)。但鏡頭在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用，就好比人的眼睛，其重要性不言而喻。如果鏡頭選擇得當(dāng)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目能起到畫龍點(diǎn)睛的作用;相反，如果鏡頭的質(zhì)量不過(guò)硬，整個(gè)系統(tǒng)可能根本滿足不了客戶的需求。本文將簡(jiǎn)單分析選擇鏡頭時(shí)需要注意的各種指標(biāo)。

　　鏡頭的硬性指標(biāo)

　　1、鏡頭焦距：方案設(shè)計(jì)人員在考慮鏡頭指標(biāo)時(shí)需要根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的位置、距離、CCD規(guī)格，以及監(jiān)控目標(biāo)在監(jiān)視器上的圖像效果等綜合地來(lái)進(jìn)行考慮，以選擇最合適的焦距的鏡頭。比如，生產(chǎn)線監(jiān)控，一般需要監(jiān)看比較近的物體，而且對(duì)清晰度要求較高。這種情況，定焦鏡頭的效果一般要比變焦的好，所以通常會(huì)選擇短焦距定焦鏡頭。

　　如2.8mm、4mm、6mm、8mm等。又如監(jiān)控室內(nèi)目標(biāo)時(shí)，選擇的焦距不會(huì)太大，一般會(huì)選擇短焦距的手動(dòng)變焦鏡頭，如3.0-8.2mm、2.7-12.5mm等;道路監(jiān)控中，多車道監(jiān)控要用焦距短一些的，如6-15mm;十字路口的紅綠燈車牌監(jiān)控要用相應(yīng)長(zhǎng)一些的焦距，如6-60mm;城市治安監(jiān)控一般就要用到焦距更長(zhǎng)一些的電動(dòng)變焦鏡頭，如6-60mm、8-80mm、7.5-120mm等;高速公路、鐵路、河道、環(huán)境檢測(cè)、森林防火、機(jī)場(chǎng)、邊海防等，一般要用到大變倍長(zhǎng)焦距的電動(dòng)變焦鏡頭，如10-220mm、13-280mm、10-330mm、15-500mm及10-1100mm等。

　　2、視場(chǎng)角范圍：視場(chǎng)角范圍計(jì)算是有公式的，知道鏡頭的焦距、CCD尺寸，視場(chǎng)角就可以推算出來(lái)。鏡頭有這樣的規(guī)律：焦距越大，監(jiān)控得越遠(yuǎn)，視場(chǎng)角就越小;焦距越小，監(jiān)控距離就近，視場(chǎng)角就大，焦距和視場(chǎng)角是反比關(guān)系。如在一些有手動(dòng)變焦鏡頭需求的項(xiàng)目中，視場(chǎng)角范圍是最先需要考慮的，所以一般會(huì)根據(jù)視場(chǎng)角范圍來(lái)確定所選焦距范圍。電動(dòng)變焦鏡頭因?yàn)槭强梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境隨時(shí)用鍵盤控制變焦、聚焦的，所以視場(chǎng)角范圍不是太需要考慮。但是當(dāng)電動(dòng)變焦鏡頭的起始焦距過(guò)大(比如起始焦距超過(guò)20mm)時(shí)，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)控的。

　　3、鏡頭的光圈：鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來(lái)衡量(F=f/D)，以F標(biāo)記。每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大F值，F(xiàn)值越小，則光圈越大。對(duì)于恒定光照條件的環(huán)境，可以選用固定光圈的鏡頭，這種一般為實(shí)驗(yàn)室環(huán)境;對(duì)于光照度變化不明顯的環(huán)境，常會(huì)選用手動(dòng)光圈鏡頭，即將光圈調(diào)到一個(gè)比較理想的數(shù)值后固定下來(lái)就可以了;如果照度變化較大，需24小時(shí)的全天候室外監(jiān)控，應(yīng)選用自動(dòng)光圈鏡頭。

　　自動(dòng)光圈鏡頭分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，采用將攝像頭傳來(lái)的視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。另一類稱為直流(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)，可使輸出圖像變得明亮或者暗淡。但需注意的是，如果光照度一直是不均勻的，比如監(jiān)控目標(biāo)與背景光反差較大時(shí)，采用自動(dòng)光圈鏡頭的話，光圈的電機(jī)可能會(huì)一直處于隨時(shí)動(dòng)作的狀態(tài)，監(jiān)控的效果并不理想，這種情況下，一般需要鏡頭配合攝像機(jī)的背光補(bǔ)償功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)也會(huì)有比較不錯(cuò)的效果。

　　鏡頭的光圈開到最大的時(shí)候，它的解像力一般是最高的。至于原因可以用一個(gè)比喻來(lái)說(shuō)明：假設(shè)鏡頭有10000個(gè)小洞來(lái)透光的，光源A，成像為B，在最大光圈情況下，A透過(guò)10000個(gè)洞形成的B是由10000個(gè)像組成的;在小光圈下，鏡頭中只有100個(gè)小洞是開放的，所以B只有100個(gè)像組成;在中等光圈下，這個(gè)值大概是2000左右，所以這個(gè)時(shí)候解像力就遠(yuǎn)高于小光圈。但是為什么我們不一直用大光圈從而獲得最佳的解像力呢?這就牽涉到鏡頭的另外一個(gè)指標(biāo)--景深。當(dāng)鏡頭對(duì)物體對(duì)焦時(shí)，在物體(聚焦點(diǎn))前后若干距離內(nèi)的物體，也會(huì)有比較清晰影像，景深即是這段前后比較清晰的距離范圍。鏡頭的光圈和景深的大小成反比，大光圈的時(shí)候，幾乎沒(méi)有景深可言，得到的監(jiān)控圖像的背景將一片模糊。所以鏡頭的光圈并非是越大越好，還要看監(jiān)控的環(huán)境。

　　4、鏡頭的成像圓尺寸：在監(jiān)控項(xiàng)目中，與槍型攝像機(jī)匹配的鏡頭的成像圓口徑一般為1/3英寸或1/2英寸。鏡頭的成像圓不應(yīng)小于攝像機(jī)的CCD尺寸，否則將出現(xiàn)黑角。相同焦距不同口徑的鏡頭匹配同樣尺寸的攝像機(jī)時(shí)，監(jiān)控到的物體的距離及得到的視場(chǎng)角是有差異的。如在1/2英寸CCD的攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距大概為12mm時(shí)，有30度的視場(chǎng)角;而在1/3英寸CCD的攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距在8mm左右即可擁有30度的視場(chǎng)角。

　　最后，還需要考慮鏡頭的接口類型，鏡頭接口與攝像機(jī)接口要一致。現(xiàn)在攝像機(jī)和鏡頭通常都是CS型接口，CS型攝像機(jī)可以和CS型、C型鏡頭配接，但和C型鏡頭接配時(shí)，必須在鏡頭和攝像機(jī)之間加轉(zhuǎn)接環(huán)，否則可能碰壞CCD成像面的保護(hù)玻璃，造成CCD攝像機(jī)的損壞。C型攝像機(jī)不能和CS型鏡頭配接。

鏡頭的可選性指標(biāo)

　　鏡頭可選性指標(biāo)，如有AS非球面鏡頭、紅外感應(yīng)(IR)鏡頭、SD超低色散鏡頭、百萬(wàn)像素高清鏡頭、電動(dòng)變焦AF自動(dòng)聚焦鏡頭等。下面逐點(diǎn)進(jìn)行論述。

　　1、AS非球面鏡片

　　AS非球面技術(shù)大家都不陌生。改球面鏡片為非球面鏡片，從而將鏡片邊緣部最容易出現(xiàn)的球面像差糾正。體現(xiàn)在監(jiān)控圖像上，即改善廣角時(shí)畫面周邊的成像質(zhì)量;而且由于一片非球面可以抵得上數(shù)片球面鏡片的作用，鏡片數(shù)目的減少，也會(huì)減少色差，增加圖像的對(duì)比度;并且鏡頭的長(zhǎng)度將會(huì)有所減小，容易做出長(zhǎng)度更短的鏡頭，但為了盡可能增大光亮度指標(biāo)，鏡頭的口徑一般不會(huì)變小，反而越大越好;再次，鏡片數(shù)目的減少，光通過(guò)鏡頭時(shí)的損耗會(huì)小很多，也容易做出更大光通量的鏡頭，如F0.98。

　　2、IR日夜轉(zhuǎn)化

　　IR日夜型鏡頭采用添加特殊元素的玻璃材料，提高了紅外光波段的折射和聚焦率，使其更接近可見光的折射率水平，所以紅外IR鏡頭可以做到白天和夜晚的共焦面，使監(jiān)控畫面全天候清晰。

　　3、SD超低色散鏡片

　　SD超低色散鏡片，由于玻璃中采用了特殊的材料，分為FK01和FK02兩個(gè)等級(jí)，具有高折射低色散的特性，主要是針對(duì)可見光部分的光線，能使彩色圖像鮮艷銳利。

　　4、百萬(wàn)像素高清鏡頭

　　百萬(wàn)像素本來(lái)是描述感光元件的像素?cái)?shù)目的，現(xiàn)在被鏡頭廠商引伸出來(lái)加以利用了。鏡頭本身沒(méi)有像素概念，但鏡頭的解像力有好有差。有的鏡頭廠家用單位距離內(nèi)表現(xiàn)的黑白線對(duì)數(shù)來(lái)表現(xiàn)鏡頭的解像力，以區(qū)分普通鏡頭和百萬(wàn)像素鏡頭，也不失為一種表現(xiàn)手法。解像力就是一個(gè)鏡頭對(duì)于細(xì)節(jié)捕捉解析度高低的評(píng)估，解像力高的鏡頭，對(duì)于線條點(diǎn)塊記錄較為細(xì)膩，對(duì)于色彩的微小變化也能忠實(shí)反映。

　　但這個(gè)特點(diǎn)卻與銳度不是一回事，銳度一般指的是圖形邊緣的清晰程度，而解像力更多指的是層次而言。上文提過(guò)，同焦距條件下的定焦鏡頭成像一般要比變焦鏡頭好，好在哪里呢?定焦鏡頭解像力高，原因何在?就是因?yàn)殓R頭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，用的鏡片數(shù)量少，從而可以提高圖像的對(duì)比度，減少色差等。應(yīng)用AS非球面鏡片、SD超低色散鏡片同樣可以提高鏡頭解像力。

　　目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的手動(dòng)變焦百萬(wàn)像素鏡頭價(jià)格要比普通鏡頭高出數(shù)倍，加上網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中CMOS本身的一些缺陷，數(shù)據(jù)流的增大導(dǎo)致的傳輸帶寬不夠，以及存儲(chǔ)上的問(wèn)題，目前還沒(méi)有辦法大規(guī)模普及百萬(wàn)像素。但百萬(wàn)像素系統(tǒng)在外界條件允許的情況下，得到的圖像質(zhì)量確實(shí)比模擬的圖像質(zhì)量高出很多，視頻截取放大后仍然清晰地監(jiān)控圖像在協(xié)助公安部門偵破犯罪案件方面有著很大的潛力。

　　5、電動(dòng)鏡頭AF自動(dòng)聚焦技術(shù)

　　AF自動(dòng)對(duì)焦鏡頭，通過(guò)鏡頭內(nèi)置的微處理器，對(duì)攝像機(jī)給出的復(fù)合視頻信號(hào)取樣、對(duì)比，給出圖像明暗度的轉(zhuǎn)換電壓，驅(qū)動(dòng)聚焦電機(jī)掃描，掃描過(guò)程中的最高電壓即聚焦點(diǎn)的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)1-3秒的搜索響應(yīng)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)清晰聚焦。自動(dòng)聚焦鏡頭為目前比較尖端的應(yīng)用，匹配模擬攝像機(jī)及帶有模擬和網(wǎng)絡(luò)兩種輸出信號(hào)的百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)同時(shí)需要操控云臺(tái)轉(zhuǎn)向及變焦、聚焦的普通監(jiān)控來(lái)說(shuō)，自動(dòng)聚焦鏡頭只需轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)方向即可實(shí)現(xiàn)清晰監(jiān)控，監(jiān)控遠(yuǎn)處目標(biāo)也只需拉大變焦按鍵即可實(shí)現(xiàn)，免去了繁瑣的監(jiān)控過(guò)程，真正實(shí)現(xiàn)了隨心監(jiān)控。

　　6、鏡頭穿塵透霧功能

　　穿塵透霧是安防行業(yè)近期比較流行的一種監(jiān)控需求�？梢姽庠谕ㄟ^(guò)空氣中的煙塵或霧氣時(shí)，會(huì)被阻擋反射而無(wú)法通過(guò)，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后門的物體的。而近紅外光線由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，可以繞過(guò)煙塵和霧氣并穿透過(guò)去，并且攝像機(jī)的感光元件可以感應(yīng)到這部分近紅外光，所以就可以利用這部分光線來(lái)實(shí)現(xiàn)穿塵透霧的監(jiān)控。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　安防工程中，要選購(gòu)合適的鏡頭，除了關(guān)注大眾化的硬性指標(biāo)外，可選性指標(biāo)往往也是決定成敗的關(guān)鍵。以上僅僅是一些個(gè)人淺見，如有不同看法，歡迎指正。