镜头参数

镜头参数 镜头是电视监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。 镜头的种类繁多，从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、和焦距和变焦距镜头;从视场的大小分类，可分为广角、、远摄镜头;从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头(指光圈、焦距、聚焦这三者均可变)等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，因此，在实际应用中必须合理选择镜头。 1 、镜头的参数 镜头的光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数，一般在镜头所附的说明书中都有注明，以下分别介绍。 A、成像尺寸 镜头一般可分为25. 4mm(lin)、16. 9mm(2/3in)、12. 7mm(1/2in)、8.47mm(1/3in)和6.35mm(1/4in)等几种规格，它们分别对应着不同的成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了几种常见CCD芯片的靶面尺寸，表中单位为mm。 表1-1 几种常见CCD芯片的靶面尺寸 由表1-1可知，12. 7mm(1/2in)的镜头应配12. 7mm(1/2in)靶面的摄像机，当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小(参见图1-1)，而当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时，就会影响成像，表现为成像的画面四周被镜筒遮挡，在画面的4个角上出现黑角(参见图1-1)。 (1)镜头成像尺寸比CCD靶面尺寸大 (2)镜头成像尺寸比CCD靶面尺寸 小 图1-1 镜头成像尺寸与CCD靶面尺寸的关系 B、焦距 在实际应用中，经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定，因为焦距决定了摄取图像的大小，用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。当然，被摄物体成像的清晰度还与所选用的CCD摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。 理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD单元(像素)物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识为何物。 当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据下两式估算所选取配镜头的焦距: f=hD/H f=vD/V 式中，D为镜头中心到被摄物体的距离;H和V分别为被摄物体的水平尺寸 和垂直尺寸;v为靶面成像的高度;h为靶面成像的水平宽度。 成像场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛盾的，举个例子来说，用同一支摄像机对同一个停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出，但却不能看清该辆车的牌照号码(该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积);而选用长焦距镜头虽可以看清该辆车的牌照号码(该车占据了屏幕上的大部分面积)，却又不能监视到整个停车场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头。当然，在选定了镜头的前提下，选用高分辨率的摄像机及监视器则可以在被监视物体成像尺寸较小时也能看清局部细节。 C、相对孔径 为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑(俗称光圈)。假定光阑的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即 A=D/f 镜头的相对孔径决定于被摄像的照度，像的照度E与镜头的相对孔径平方成正比，一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即 F=f/D 式中，F一般称为光栏F数，标注在镜头光栏调整圈上，其标值为1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍。由于像面照度与光栏的平方成正比，所以光栏每变化一档，像面亮度就变化一倍。F值越小，光栏越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。 D、视场角 镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸(水平尺寸h及垂直尺寸v)的大小有关，镜头的水平视场角a及垂直视场角a可分别由下式来计算，即 hv a=2arctg(h/2f) h a=2arctg(v/2f) v 由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大，或者，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。如果所选择的镜头的视场角太小，可能会因出现监视死角而漏监;而若所选择的镜头的视场角太大，又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，难以辨认，且画面边缘出现畸变。因此，只有根据具体的应用环 境选择视场角合适的镜头，才能保证既不出现监视死角，又能使被监视的主体画面尽可能大而清晰。 表1-2列出了几种常用镜头的水平视场角，表中的参数是以日本精工系列镜头为参考给出的。 焦距/mm 2. 8 3. 5 4. 0 4. 8 6. 0 8. 0 12. 0 16. 0 25. 0 镜头尺寸 /in 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 列出了几种常用镜头的水平视场角 图1-2为不同焦距镜头所对应的视场角示意图(设所用镜头均配接1/2in靶面CCD摄像机)。 图1-2 不同焦距镜头所对应的视场角 E、接口 镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。图1-3画出了这两种镜头的接口部位示意图。其中上半部为CS型镜头，下半部为C型镜头。在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头(in32牙螺纹座)，这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25. 4mm(in)，从镜头安装基准面到焦点的距离是17. 526 mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型，因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5 mm厚的接圈，而将CS镜头安装到CS接口的摄像 机时就不需接圈。 图1-3 C型安装和CS型安装镜头 在实际应用中，如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像，而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏，这一点在实用中需特别注意。 2、镜头的种类 镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。 A、固定光圈定焦镜头 固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环(环上标有若干距离参考值)，左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。 由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用(当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能)，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。 B、手动光圈定焦镜头 手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围 一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。 C、自动光圈定焦镜头 自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器(视频驱动型)与不含放大器(直流驱动型)两种规格。 D、手动变焦镜头 顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为2~3倍，焦距一般在3. 6~8 mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如:可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。 对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围(不用反复更换不同焦距的镜头)，这一点在外地施工中尤为显得方便。 E、自动光圈电动变焦镜头 此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距(Zoom);另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦(Focus)。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。 自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同;另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室 内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能。 F、电动三可变镜头 此种镜头与前述电动两可变镜头结构相差不多，只是将对光圈调整电动机的控制由自动控制方式改为由控制器来手动控制，因此它也包含了3个微型电动机，引出一组6芯控制线与云台镜头控制器及解码器相连。常见的有6倍、10倍和12倍等几种规格。 需要说明的是，变焦镜头的“倍率”与焦距是两个不同的概念，有些人往往混淆两者的含义，认为倍率越高则看得越远。其实，倍率是变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比，是一个相对值。例如，同样是6倍镜头，市面上常见的就有6~36mm、7~42 mm、8~48 mm和8. 5~51 mm等多种不同厂家的不同品种，其中8. 5~51 mm镜头的远视特性显然比6~36mm镜头的远视特性要好，但它的近视(广角)特性却不如6~36mm镜头好。 加入时间:2007-7-1 返回列表 镜头的选择和主要参数 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 按外形功能按尺寸大小按光圈分 按变焦类型按焦距长矩 分 分 分 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 17mm 鱼眼镜头 2/3 ” (1) 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。 (2) 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。 (3) 以镜头光圈分类 镜头有手动光圈( manual iris )和自动光圈( auto iris )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。 (4) 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( zoom lens ):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( vari-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。 (5) 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。 ,、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，但对用户而言，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 (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 (5)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 ， 11 ， 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 ， 1/11 ， 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 IRIS )和自动光圈( AUTO IRIS )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。 7 、焦距的计算: (1)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。 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 f=hL/ H 式中:f ;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 1/3" 1/2" 2/3" 1" 规格 W 4.8 6.4 8.8 12.7 H 3.6 4.8 6.6 9.6 由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为 4:3, 当 L 不变， H 或 W 增大时， f 变小，当 H 或 W 不变， L 增大时， f 增大。 举例:假设用 1/2"CCD 摄像头观测，被测物体宽 440 毫米，高 330 毫米，镜头焦点距物体 2500 毫米。由公式可以算出:焦距 f=6.4X2500/440 ? 36 毫米 或焦距 f=4.8X2500/330 ? 36 毫米 当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。 摄像机的选择和主要参数 在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或 CCD ( Charge Coupled Device )即电荷耦合器件。严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机(头)上已经有镜头。 摄像头的主要传感部件是 CCD ，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点， CCD 是电耦合器件( Charge Couple Device )的简称，它能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄象元件。是代替摄像管传感器的新型器件。 CCD 的工作原理是:被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到 CCD 芯片上， CCD 根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，经过滤波、放大处理，通过摄像头的输出端子输出一个标准的复合视频信号。这个标准的视频信号同家用的录像 机、 VCD 机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。 1) CCD 摄象机的选择和分类 CCD 芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。目前我国尚无能力制造，市场上大部分摄像头采用的是日本 SONY 、 SHARP 、松下、 LG 等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。 因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成 CCD 采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检测:接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测 CCD 芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的 CCD 可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然;而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别 CCD 由于生产车间的灰尘， CCD 靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。 ,、依成像色彩划分 彩色摄象机:适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。 黑白摄象机:适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄象机。 ,、依分辨率灵敏度等划分 影像像素在 38 万以下的为一般型，其中尤以 25 万像素( 512*492 )、分辨率为 400 线的产品最普遍。 影像像素在 38 万以上的高分辨率型。 机板型。 针孔型。 半球型。 ,、按 CCD 靶面大小划分 CCD 芯片已经开发出多种尺寸: 目前采用的芯片大多数为 1/3 ”和 1/4 ”。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候， CCD 靶面的大小， CCD 与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。 1 英寸——靶面尺寸为宽 12.7mm* 高 9.6mm ，对角线 16mm 。 2/3 英寸——靶面尺寸为宽 8.8mm* 高 6.6mm ，对角线 11mm 。 1/2 英寸——靶面尺寸为宽 6.4mm* 高 4.8mm ，对角线 8mm 。 1/3 英寸——靶面尺寸为宽 4.8mm* 高 3.6mm ，对角线 6mm 。 1/4 英寸——靶面尺寸为宽 3.2mm* 高 2.4mm ，对角线 4mm 。 ,、按扫描制式划分 PAL 制。 NTSC 制。 中国采用隔行扫描( PAL )制式(黑白为 CCIR )，标准为 625 行， 50 场，只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式。另外，日本为 NTSC 制式， 525 行， 60 场(黑白为 EIA )。 ,、依供电电源划分 110VAC ( NTSC 制式多属此类)， 220VAC ， 24VAC 。 12VDC 或 9VDC (微型摄象机多属此类)。 ,、按同步方式划分 内同步:用摄象机内同步信号发生电路产生的同步信号来完成操作。 外同步:使用一个外同步信号发生器，将同步信号送入摄象机的外同步输入端。 功率同步(线性锁定， line lock ):用摄象机 AC 电源完成垂直推动同步。 外 VD 同步:将摄象机信号电缆上的 VD 同步脉冲输入完成外 VD 同步。 多台摄象机外同步:对多台摄象机固定外同步，使每一台摄象机可以在同样的条件下作业，因各摄象机同步，这样即使其中一台摄象机转换到其他景物，同步摄象机的画面亦不会失真。 7 、按照度划分， CCD 又分为: 普通型 正常工作所需照度 1~3LUX 月光型 正常工作所需照度 0.1LUX 左右 星光型 正常工作所需照度 0.01LUX 以下 红外型 采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像 CCD 彩色摄象机的主要技术指标 (,) CCD 尺寸，亦即摄象机靶面。原多为 1/2 英寸，现在 1/3 英寸的已普及化， 1/4 英寸和 1/5 英寸也已商品化。 (,) CCD 像素，是 CCD 的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。 CCD 是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。现在市场上大多以 25 万和 38 万像素为划界， 38 万像素以上者为高清晰度摄象机。 (,)水平分辨率。彩色摄象机的典型分辨率是在 320 到 500 电视线之间，主要有 330 线、 380 线、 420 线、 460 线、 500 线等不同档次。 分辨率是用电视线(简称线 TV LINES )来表示的，彩色摄像头的分辨率在 330~500 线之间。分辨率与 CCD 和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是 1MHz 的频带宽度相当于清晰度为 80 线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。 (,)最小照度，也称为灵敏度。是 CCD 对环境光线的敏感程度，或者说是 CCD 正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯( LUX )，数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。月光级和星光级等高增感度摄象机可工作在很暗条件， 2~3lux 属一般照度，现在也有低于 1lux 的普通摄象机问世。 (,)扫描制式。有 PAL 制和 NTSC 制之分。 (,)摄象机电源。交流有 220V 、 110V 、 24V ，直流为 12V 或 9V 。 (,)信噪比。典型值为 46db ，若为 50db ，则图像有少量噪声，但图像质量良好;若为 60db ，则图像质量优良，不出现噪声。 (,)视频输出。多为 1Vp-p 、 75 Ω，均采用 BNC 接头。 (,)镜头安装方式。有 C 和 CS 方式，二者间不同之处在于感光距离不同。 ,) CCD 彩色摄象机的可调整功能 (,)同步方式的选择 A 、对单台摄象机而言，主要的同步方式有下列三种: 内同步——利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。 外同步——利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端来实现同步。 电源同步——也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。 B 、对于多摄象机系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，这样在变换摄象机输出时，不会造成画面失真，但是由于多摄象机系统中的各台摄象机供电可能取自三相电源中的不同相位，甚至整个系统与交流电源不同步，此时可采取的措施有: 均采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号送入各台摄象机的外同步输入端来调节同步。 调节各台摄象机的“相位调节”电位器，因摄象机在出厂时，其垂直同步是与交流电的上升沿正过零点同相的，故使用相位延迟电路可使每台摄象机有不同的相移，从而获得合适的垂直同步， 相位调整范围 0~360 度。 (,)自动增益控制 所有摄象机都有一个将来自 CCD 的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，等效于有较高的灵敏度，可使其在微光下灵敏，然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。为此，需利用摄象机的自动增益控制( AGC )电路去探测视频信号的电平，适时地开关 AGC ，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，此即动态范围，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。 (,)背景光补偿 通常，摄象机的 AGC 工作点是通过对整个视场的内容作平均来确定的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域和一个很暗的前景目标，则此时确定的 AGC 工作点有可能对于前景目标是不够合适的，背景光补偿有可能改善前景目标显示状况。 AGC 工作点，此时当背景光补偿为开启时，摄象机仅对整个视场的一个子区域求平均来确定其 如果前景目标位于该子区域内时，则前景目标的可视性有望改善。 (,)电子快门 在 CCD 摄象机内，是用光学电控影像表面的电荷积累时间来操纵快门。电子快门控制摄象机 CCD 的累积时间，当电子快门关闭时，对 NTSC 摄象机，其 CCD 累积时间为 1/60 秒;对于 PAL 摄象机，则为 1/50 秒。当摄象机的电子快门打开时，对于 NTSC 摄象机，其电子快门以 261 步覆盖从 1/60 秒到 1/10000 秒的范围;对于 PAL 型摄象机，其电子快门则以 311 步覆盖从 1/50 秒到 1/10000 秒的范围。当电子快门速度增加时，在每个视频场允许的时间内，聚焦在 CCD 上的光减少，结果将降低摄象机的灵敏度，然而，较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应，这将大大地增加摄象机的动态分辨率。 (,)白平衡 白平衡只用于彩色摄象机，其用途是实现摄象机图像能精确反映景物状况，有手动白平衡和自动白平衡两种方式。 A 、自动白平衡 连续方式——此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为 2800~6000K 。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。 按钮方式——先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为 2300~10000K ，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。 B 、手动白平衡 开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达 107 个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄象机还有将白平衡固定在 3200K (白炽灯水平)和 5500K (日光水平)等档次命令。 (,)色彩调整 对于大多数应用而言，是不需要对摄象机作色彩调整的，如需调整则需细心调整以免影响其他色彩，可调色彩方式有: 红色—黄色色彩增加，此时将红色向洋红色移动一步。 红色—黄色色彩减少，此时将红色向黄色移动一步。 兰色—黄色色彩增加，此时将兰色向青兰色移动一步。 兰色—黄色色彩减少，此时将兰色向洋红色移动一步。 ,)数字化式的调整控制方法 新型摄象机对前述各项可选参数的调整采用数字式调整控制，此时不必手动调节电位计而是采用辅助控制码，而且这些调整参数被储存在数字记忆单元中，增加了稳定性和可靠性。 DSP 摄象机 在模拟制式的基础上引入部分数字化处理技术，称为数字信号处理( DSP ， DIGITAL SIGNAL PROCESSOR )摄象机。该种摄象机具有以下优点: ,、由于采用了数字检测和数字运算技术而具有智能化背景光补偿功能。常规摄象机要求被摄景物置于画面中央并要占据较大的面积方能有较好的背景光补偿，否则过亮的背景光可能会降低图像中心的透明度。而 DSP 摄象机是将一个画面划分成 48 个小处理区域来有效地检测目标，这样即使是很小的、很薄的或不在画面中心区域的景物均能清楚地呈现。 ,、由于 DSP 技术而能自动跟踪白平衡，即可以在任何条件检测和跟踪“白色”，并以数字运算处理功能来再现原始的色彩。传统的摄象机因系对画面上的全部色彩作平均处理，这样如果彩色物体在画面上占据很大面积，那么彩色重现将不平衡，也就是不能重现原始色彩。 DSP 摄象机是将一个画面分成 48 个小处理区域，这样就能够有效地检测白色，即使画面上只有很小的一块白色，该摄象机也能跟踪它从而再现出原始的色彩。 在拍摄网格状物体时，可将由摄象机彩色噪声引起的图像混叠减至最少。