視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)鏡頭參數(shù)及選用原則

攝像機(jī)鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它相當(dāng)于我們眼睛中的晶狀體結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)把外面的景象影射到一個(gè)平面上。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。與近視眼或遠(yuǎn)視眼同理，攝像頭與鏡頭的配合也有類(lèi)似現(xiàn)象，當(dāng)鏡頭的成像平面不能正好位于攝像頭的CCD芯片上時(shí)，圖像就會(huì)變得不清楚。

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)。

一、攝像機(jī)鏡頭的分類(lèi)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)鏡頭品種繁多，從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭，長(zhǎng)焦鏡頭;從視場(chǎng)大小分有廣角、標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)攝鏡頭;結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭，手動(dòng)光圈定焦鏡頭，自動(dòng)光圈定焦鏡頭，手動(dòng)變焦鏡頭、自動(dòng)變焦鏡頭，自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭，電動(dòng)三可變(光圈、焦距、聚焦均可變)鏡頭等。

二、攝像機(jī)鏡頭的主要參數(shù)

1.焦距

我們知道，平行光纖通過(guò)凸透鏡會(huì)匯聚于一個(gè)焦點(diǎn)，這個(gè)焦點(diǎn)離透鏡中心位置的長(zhǎng)度就是焦距?，F(xiàn)有鏡頭一般都可以看成凸透鏡組，對(duì)于焦距固定的鏡頭，即定焦鏡頭;焦距可以調(diào)節(jié)變化的鏡頭，就是變焦鏡頭。

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(guān)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(guān)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(guān)測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀(guān)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。

焦距的大小不但決定著視場(chǎng)角的大小，也在一定程度上影響著圖像的景深。對(duì)景深的理解我們可以從“對(duì)焦”說(shuō)起，在調(diào)節(jié)攝像機(jī)時(shí)，我們通過(guò)調(diào)節(jié)相機(jī)鏡頭，使距離攝像機(jī)一定距離的景物清晰成像的過(guò)程，叫做對(duì)焦。那個(gè)景物所在的點(diǎn)，稱(chēng)為對(duì)焦點(diǎn)。景深就是保證對(duì)焦點(diǎn)前后景物成像清晰的范圍的總和，就叫做景深，意思是只要在這個(gè)范圍之內(nèi)的景物，都能清楚地拍攝到。景深的大小，首先與鏡頭焦距有關(guān)，焦距長(zhǎng)的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭景深大。其次，景深與光圈有關(guān)，光圈越小，景深就越大;光圈越大景深就越小。一般來(lái)說(shuō)，前景深小于后后景深，也就是說(shuō)，精確對(duì)焦之后，對(duì)焦點(diǎn)前面只有很短一點(diǎn)距離內(nèi)的景物能清晰成像，而對(duì)焦點(diǎn)后面很長(zhǎng)一段距離內(nèi)的景物，都是清晰的。

(1)基于焦距的分類(lèi)及應(yīng)用

依據(jù)鏡頭的焦距是否可變，支持哪種變化方式，我們可以將攝像機(jī)鏡頭分為定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭和電動(dòng)變焦鏡頭。定焦和變焦鏡頭的選用一般取決于監(jiān)視景物的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于監(jiān)視比較固定的地點(diǎn)，比如文物展臺(tái)、收費(fèi)窗口，使用定焦鏡頭具有一定的經(jīng)濟(jì)性，畢竟，定焦鏡頭比變焦鏡頭便宜。

我們無(wú)法確定具體哪個(gè)位置為最佳的對(duì)焦點(diǎn)時(shí)，比如一些狹長(zhǎng)的通道或區(qū)域，采用變焦鏡頭有更大的靈活性，可以依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)確定定位于何種焦距是最合適的。至于變焦的范圍，則可以根據(jù)監(jiān)視范圍的長(zhǎng)度來(lái)確定，常用的規(guī)格有2.8～13mm，3.5～8mm幾種。

電動(dòng)變焦鏡頭用于監(jiān)控很大的場(chǎng)面時(shí)，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8V～16V，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(xiàn)纜長(zhǎng)度，如果距離太遠(yuǎn)，線(xiàn)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。

攝像機(jī)鏡頭焦距的長(zhǎng)短與其視場(chǎng)角是密切相關(guān)的。鏡頭視場(chǎng)角可分為圖像水平視場(chǎng)角以及圖像垂直視場(chǎng)角，且圖像水平視場(chǎng)角大于圖像垂直視場(chǎng)角，通常我們所講的視場(chǎng)角一般是指鏡頭的圖像水平視場(chǎng)角。

依據(jù)攝像機(jī)鏡頭水平視場(chǎng)角的大小，可以將攝像機(jī)鏡頭分為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(或稱(chēng)中焦鏡頭、)、廣角鏡頭(或稱(chēng)短焦鏡頭)、遠(yuǎn)攝鏡頭。

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD攝象機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD攝像機(jī)中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm，一般用于走道及小區(qū)周界等場(chǎng)所。

廣角鏡頭：視角90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20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(guān)察范圍變小。

2.光闌系數(shù)

光闌系數(shù)即光圈指數(shù)，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/P1.4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(xiàn)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)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。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)鏡頭光圈有手動(dòng)和自動(dòng)光圈之分。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(xiàn)的變化而自動(dòng)調(diào)整通光孔徑，保證進(jìn)入攝像機(jī)的亮度相對(duì)穩(wěn)定，用于室外、人口等光線(xiàn)變化大且頻繁的場(chǎng)合。

自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類(lèi)：一類(lèi)稱(chēng)為視頻驅(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。