攝像機(jī)鏡頭參數(shù)解析

1、鏡頭參數(shù)鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件， 鏡頭與CCD攝像機(jī)配合，可以將遠(yuǎn) 距離目標(biāo)成像在攝像機(jī)的CCD靶面上。鏡頭的種類繁多，從焦距上分類，可分為短焦距、中焦距、和焦距和變焦距 鏡頭；從視場(chǎng)的大小分類，可分為廣角、標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)攝鏡頭；從結(jié)構(gòu)上分類，還可 分為固定光圈定焦鏡頭、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)光圈電動(dòng)變焦鏡頭、電動(dòng)三可變鏡頭（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變） 等類型。由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，在實(shí)際 應(yīng)用中必須合理選擇鏡頭。1、鏡頭的參數(shù)鏡頭的光學(xué)特性包括成像尺寸、焦距、相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角等幾個(gè)參數(shù)，一般 在鏡頭所附的說明書中

2、都有注明，以下分別介紹。A、成像尺寸鏡頭一般可分為 25. 4m（ lin ）、16. 9m（ 2/3in ）、12. 7m（ 1/2in ）、8.47mm（1/3in ）和6.35mm（1/4in ）等幾種規(guī)格，它們分別對(duì)應(yīng)著不同的成像尺寸， 選用鏡頭時(shí)，應(yīng)使鏡頭的成像尺寸與攝像機(jī)的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了幾種常見CCD芯片的靶面尺寸，表中單位為 mmCCD專堆艷面魚卜、rf9W12,7 l/2ft3,47Wr 161186垂直9. 66 e4 33 62. 7水平2 S6. 44 S3. 6表1-1幾種常見CCD芯片的靶面尺寸由表1-1可知，12. 7mm（ 1/2in ）的鏡頭

3、應(yīng)配12. 7mm（ 1/2in ）靶面的攝像 機(jī)，當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸大時(shí)，不會(huì)影響成像，但實(shí)際成像的視場(chǎng)角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場(chǎng)角小（參見圖1-1），而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸小時(shí)，就會(huì)影響成像，表現(xiàn)為成像的畫面四周被鏡筒遮擋，在畫面的4個(gè)角上出現(xiàn)黑角（參見圖1-1 ）。（1）鏡頭成像尺寸比ccD巴面尺寸大 ?。?）鏡頭成像尺寸比CCD巴面尺寸圖1-1鏡頭成像尺寸與ccD巴面尺寸的關(guān)系B、焦距在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)有用戶提出該攝像機(jī)能看清多么遠(yuǎn)的物體或該攝像機(jī)能看清多么寬的場(chǎng)景等問題，這實(shí)際上由所選用的鏡頭的焦距來決定， 因?yàn)榻咕鄾Q定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對(duì)

4、同一位置的某物體攝像時(shí)，配長焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就大，反之，配短焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的 景物尺寸就小。當(dāng)然，被攝物體成像的清晰度還與所選用的 CCD攝像機(jī)的分辨率 及監(jiān)視器的分辨率有關(guān)。理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠(yuǎn)的物體，并在CCD巴面上成一很小的像， 但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當(dāng)成像小到小于CCD專感器的一個(gè)像素 大小時(shí)，便不再能形成被攝物體的像，即使成像有幾個(gè)像素大小，該像也難以辨 識(shí)為何物。當(dāng)已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離， 則可根據(jù)下兩式估算所選取配 鏡頭的焦距：f=hD/Hf=vD/V式中，D為鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別為被攝物體的水平尺

5、寸 和垂直尺寸；v為靶面成像的高度；h為靶面成像的水平寬度。成像場(chǎng)景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的， 舉個(gè)例子來說， 用同 一支攝像機(jī)對(duì)同一個(gè)停車場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視， 選用短焦距鏡頭可以對(duì)整個(gè)停車場(chǎng)的全景 進(jìn)行監(jiān)視并看到出入口外的車輛進(jìn)出， 但卻不能看清該輛車的牌照號(hào)碼 （該車在 監(jiān)視器屏幕上僅占據(jù)了很小的面積） ；而選用長焦距鏡頭雖可以看清該輛車的牌 照號(hào)碼（該車占據(jù)了屏幕上的大部分面積） ，卻又不能監(jiān)視到整個(gè)停車場(chǎng)的全貌。 因此當(dāng)需要既監(jiān)視全景以要看清局部時(shí)， 一般應(yīng)考慮配用電動(dòng)兩可變或電動(dòng)三可 變鏡頭。當(dāng)然， 在選定了鏡頭的前提下， 選用高分辨率的攝像機(jī)及監(jiān)視器則可以 在被監(jiān)視物體成像尺

6、寸較小時(shí)也能看清局部細(xì)節(jié)。C、相對(duì)孔徑為了控制通過鏡頭的光通量大小， 在鏡頭的后部均設(shè)置了光闌 （俗稱光圈）。 假定光闌的有效孔徑為d,由于光線折射的關(guān)系，鏡頭實(shí)際的有效孔徑為 D, D 與焦距f之比定義為相對(duì)孔徑A,即A=D/f鏡頭的相對(duì)孔徑?jīng)Q定于被攝像的照度，像的照度E與鏡頭的相對(duì)孔徑平方成 正比,一般習(xí)慣上用相對(duì)孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小,即F=f/D式中，F(xiàn) 般稱為光欄F數(shù)，標(biāo)注在鏡頭光欄調(diào)整圈上，其標(biāo)值為 1. 4、2、 2. 8 、 4、 5. 6 、 8、 11、 16、 22等序列值，每兩個(gè)相鄰數(shù)值中，后一個(gè)數(shù)值是 前一個(gè)數(shù)值的倍。 由于像面照度與光欄的平方成正比， 所以光

7、欄每變化一檔， 像 面亮度就變化一倍。F值越小，光欄越大，到達(dá)攝像機(jī)靶面的光通量就越大。D視場(chǎng)角鏡頭有一個(gè)確定的視野，鏡頭對(duì)這個(gè)視野的高度和寬度的張角稱為視場(chǎng)角。 視場(chǎng)角與鏡頭的焦距f及攝像機(jī)靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有 關(guān)，鏡頭的水平視場(chǎng)角ah及垂直視場(chǎng)角av可分別由下式來計(jì)算，即ah=2arctg （ h/2f ）av=2arctg （ v/2f ）由以上兩式可知，鏡頭的焦距 f 越短，其視場(chǎng)角越大，或者，攝像機(jī)靶面尺 寸 h 或 v 越大，其視場(chǎng)角也越大。 如果所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太小， 可能會(huì)因出 現(xiàn)監(jiān)視死角而漏監(jiān)； 而若所選擇的鏡頭的視場(chǎng)角太大， 又可能造成被監(jiān)視的主體

8、 畫面尺寸太小，難以辨認(rèn)，且畫面邊緣出現(xiàn)畸變。因此，只有根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán) 境選擇視場(chǎng)角合適的鏡頭， 才能保證既不出現(xiàn)監(jiān)視死角， 又能使被監(jiān)視的主體畫 面盡可能大而清晰。表1-2列出了幾種常用鏡頭的水平視場(chǎng)角，表中的參數(shù)是以日本精工系列鏡頭為 參考給出的。焦距/mm鏡頭尺寸/in2. 83. 54. 04. 86. 08. 012. 0 16. 0 2501/386. 3 67. 4 62.0 52. 242. 3 32 6 221 17. 110. 61/294. 669. 4 57 1 42629.722. 6 14. 22/359. 230. 8 19. 4127. 8表1-2列出了幾種常

9、用鏡頭的水平視場(chǎng)角圖1-2為不同焦距鏡頭所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角示意圖（設(shè)所用鏡頭均配接1/2in靶面CCD攝像機(jī)）。L.-'2inCCI> 靶面晝煩角-42. &嗖圖1-2不同焦距鏡頭所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)角E、接口鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種。圖1-3畫出了這兩種鏡頭的接 口部位示意圖。其中上半部為 CS型鏡頭，下半部為C型鏡頭。在電視監(jiān)控系統(tǒng) 中常用的鏡頭是C型安裝鏡頭（in32牙螺紋座），這是一種國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。這 種鏡頭安裝部位的口徑是25. 4m（in），從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是 17. 526 mm大多數(shù)攝像機(jī)的鏡頭接口則做成 CS型，因此將C型鏡頭安裝到CS

10、接口 的攝像機(jī)時(shí)需增配一個(gè)5 mm厚的接圈，而將CS鏡頭安裝到CS接口的攝像機(jī)時(shí) 就不需接圈。ZEWC空裝議頭接圈賂5游圖1-3 C型安裝和CS型安裝鏡頭在實(shí)際應(yīng)用中，如果誤對(duì)CS型鏡頭加裝接圈后安裝到 CS接口攝像機(jī)上，會(huì) 因?yàn)殓R頭的成像面不能洛到攝像機(jī)的 CCD靶面上而不能得到清晰的圖像，而如果 對(duì)C型鏡頭不加接圈就直接接到 CS接口攝像機(jī)上，則可能使鏡頭的后鏡面碰到 CCD的靶面的保護(hù)玻璃，造成 CCD攝像機(jī)的損壞，這一點(diǎn)在實(shí)用中需特別注意。2、鏡頭的種類鏡頭的種類有許多種，每一種鏡頭都有其特點(diǎn)。根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的不同，這 些鏡頭的價(jià)格相差非常大，如電動(dòng)變焦鏡頭要比普通定焦鏡頭的價(jià)格高約

11、10倍, 因此，只有正確了解各種鏡頭的特性，才能更加靈活地選擇鏡頭。A、固定光圈定焦鏡頭固定光圈定焦鏡頭是相對(duì)較為簡單的一種鏡頭，該鏡頭上只有一個(gè)可手動(dòng)調(diào) 整的對(duì)焦調(diào)整環(huán)（環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值），左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使成在 CCD靶 面上的像最為清晰，此時(shí)在監(jiān)視器屏幕上得到圖像也最為清晰。由于是固定光圈鏡頭，因此在鏡頭上沒有光圈調(diào)整環(huán)，也就是說該鏡頭的光 圈是不可調(diào)整的，因而進(jìn)入鏡頭的光通量是不能通過簡單地改變鏡頭因素而改 變，而只能通過改變被攝現(xiàn)場(chǎng)的光照度來調(diào)整，如增減被攝現(xiàn)場(chǎng)的照明燈光等。 這種鏡頭一般應(yīng)用于光照度比較均勻的場(chǎng)合，如室內(nèi)全天以燈光照明為主的場(chǎng) 合，在其他場(chǎng)合則需與帶有自動(dòng)電子快

12、門功能的 CCDS像機(jī)合用（當(dāng)然，目前市 面上絕大多數(shù)的CCDs像機(jī)均帶有自動(dòng)電子快門功能），通過電子快門的調(diào)整來 模擬光通量的改變。B、手動(dòng)光圈定焦鏡頭手動(dòng)光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調(diào)整環(huán)，其光圈調(diào)整范圍一般可從F1. 2或F1. 4到全關(guān)閉，能很方便地適應(yīng)被攝現(xiàn)場(chǎng)的光照度，然而由 于光圈的調(diào)整是通過手動(dòng)人為地進(jìn)行的，一旦攝像機(jī)安裝完畢，位置固定下來， 再頻繁地調(diào)整光圈就不那么容易了，因此，這種鏡頭一般也是應(yīng)用于光照度比較 均勻的場(chǎng)合，而在其他場(chǎng)合則也需與帶有自動(dòng)電子快門功能的 CCD攝像機(jī)合用， 如早晚與中午、 晴天與陰天等光照度變化比較大的場(chǎng)合， 通過電子快門的調(diào)整來 模擬

13、光通量的改變。C、自動(dòng)光圈定焦鏡頭自動(dòng)光圈定焦鏡頭在結(jié)構(gòu)上有了比較大的改變， 它相當(dāng)于在手動(dòng)光圈定焦鏡 頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加一個(gè)由齒輪嚙合傳動(dòng)的微型電動(dòng)機(jī)， 并從其驅(qū)動(dòng)電路上引 出 3 芯或 4 芯線傳送給自動(dòng)光圈鏡頭， 至使鏡頭內(nèi)的微型電動(dòng)機(jī)相應(yīng)做正向或反 向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而高速光圈的大小。自動(dòng)光圈鏡頭又分為含放大器（視頻驅(qū)動(dòng)型）與 不含放大器（直流驅(qū)動(dòng)型）兩種規(guī)格。D、手動(dòng)變焦鏡頭顧名思義， 手動(dòng)變焦鏡頭的焦距是可變的， 它有一個(gè)焦距調(diào)整環(huán)， 可以在一 定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距，其變比一般為 23倍，焦距一般在3. 68 mm。在實(shí) 際工程應(yīng)用中，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)， 可以方便地選擇監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)

14、的視場(chǎng)角， 如：可選擇對(duì)整個(gè)房間的監(jiān)視或是選擇對(duì)房間內(nèi)某個(gè)局部區(qū)域的監(jiān)視。 當(dāng)對(duì)于監(jiān) 視現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況不十分了解時(shí)，采用這種鏡頭顯然是非常重要的了。對(duì)于大多數(shù)電視監(jiān)控系統(tǒng)工程來說， 當(dāng)攝像機(jī)安裝位置固定下來后， 再頻繁 地手動(dòng)變焦是很不方便的， 因此， 工程完工后， 手動(dòng)變焦鏡頭的焦距一般很少再 去調(diào)整，而僅僅起到定焦鏡頭的作用。 因而手動(dòng)變焦鏡頭一般用在要求較為嚴(yán)格 而用定焦鏡頭又不易滿足要求的場(chǎng)合。 但這種鏡頭卻受到工程人員的青睞， 因?yàn)?在施工調(diào)試過程中使用這種鏡頭， 通過在一定范圍的焦距調(diào)節(jié)， 一般總可以找到 一個(gè)可使用戶滿意的觀測(cè)范圍 （不用反復(fù)更換不同焦距的鏡頭） ，這一點(diǎn)在外地

15、施工中尤為顯得方便。E、自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭此種鏡頭與前述的自動(dòng)光圈定焦鏡頭相比另外增加了兩個(gè)微型電動(dòng)機(jī)， 其中 一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合， 當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可改變鏡頭的焦距 （Zoom）； 另一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的對(duì)焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可完成鏡頭的對(duì)焦 （ Focus） 。由于該鏡頭增加了兩個(gè)可遙控調(diào)整的功能，因而此種鏡頭也稱作電 動(dòng)兩可變鏡頭。自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭一般引出兩組多芯線，其中一組為自動(dòng)光圈控制線， 其原理和接法與前述的自動(dòng)光圈定焦鏡頭的控制線完全相同； 另一組為控制鏡頭 變焦及對(duì)焦的控制線， 一般與云臺(tái)鏡頭控制器及解碼器相連。 當(dāng)操作遠(yuǎn)程控制室 內(nèi)云臺(tái)鏡頭控制器及解碼器的變焦或?qū)拱粹o時(shí)， 將會(huì)在此變焦或?qū)沟目刂凭€ 上施加一個(gè)或正或負(fù)的直流電壓， 該電壓加在相應(yīng)的微型電動(dòng)機(jī)上， 使鏡頭完成 變焦及對(duì)焦調(diào)整功能。F、電動(dòng)二可變鏡頭此種鏡頭與前述電動(dòng)兩可變鏡頭結(jié)構(gòu)相差不多， 只是將對(duì)光圈調(diào)整電動(dòng)機(jī)的 控制由自動(dòng)控制方式改為由控制器來手動(dòng)控制，因此它也包含了 3 個(gè)微型電動(dòng) 機(jī)，引出一組 6 芯控制線與云臺(tái)鏡頭控制器及解