閉路電視監(jiān)控中攝像機(jī)鏡頭的選擇原則

1、隨著我國(guó)智能建筑行業(yè)的發(fā)展,安保技術(shù)在智能建筑中的地位與作用也與日俱增。閉路監(jiān)控電視(簡(jiǎn)稱(chēng)CCTV系統(tǒng)作為一種安保技術(shù),在星級(jí)賓館、涉外辦公樓、銀行、政府機(jī)關(guān)等場(chǎng)所越來(lái)越發(fā)揮著它的重要作用,包括現(xiàn)在的智能小區(qū)亦將CCTV系統(tǒng)作為安保及物業(yè)管理的一個(gè)重要手段。為了讓CCTV技術(shù)在智能建筑中發(fā)揮更好的作用,在每項(xiàng)閉路電視監(jiān)控工程中,如何正確選擇攝像機(jī)鏡頭,對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)性能都是十分重要的。鏡頭的分類(lèi)根據(jù)民用建筑的應(yīng)用場(chǎng)合鏡頭的種類(lèi)大致可分為1廣角鏡頭:視角在90度以上,一般用于電梯轎箱內(nèi)、大廳等小視距大視角場(chǎng)所2標(biāo)準(zhǔn)鏡頭:視角在30度左右,一般用于走道及小區(qū)周界等場(chǎng)所;3長(zhǎng)焦鏡頭:視角在20度

2、以?xún)?nèi),焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米,用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視4變焦鏡頭:鏡頭的焦距范圍可變,可從廣角變到長(zhǎng)焦,用于景深大,視角范圍廣的區(qū)域;5針孔鏡頭:用于隱蔽監(jiān)控鏡頭焦距的確定在選擇鏡頭時(shí),有以下五個(gè)因素確定鏡頭標(biāo)準(zhǔn)1監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的大小;2被攝物體的大小3物距4焦距5CCD靶面尺寸前4點(diǎn)可由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并通過(guò)計(jì)算來(lái)確定鏡頭的焦距標(biāo)準(zhǔn),其計(jì)算方法如下u 1/3CCD F=4.8L/W或F=3.6L/Hu 1/2CCD F=6.4L/W或F=4.8L/H其中,W為被攝物體的寬度;H為被攝物體的高度;L為鏡頭到被攝物體間的距離;F 為鏡頭焦距那么為何在鏡頭的選用中考慮CCD靶面的尺寸呢?為了從1/3與1/2CCD

3、攝像機(jī)中獲取同樣的視角,1/3CCD攝像機(jī)鏡頭焦距必須縮短;相反如果在1/3CCD與1/2CCD攝像機(jī)中采用相同焦距的鏡頭,情況又如何呢?1/3CCD攝像機(jī)視角將比1/2CCD攝像機(jī)明顯地減小,同時(shí)1/3CCD攝像機(jī)的圖像在監(jiān)視器上將比1/2CCD的圖像放大,產(chǎn)生了使用長(zhǎng)焦距鏡頭的效果。另外我們?cè)谶x擇鏡頭時(shí)還要注意這樣一個(gè)原則:即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD攝像機(jī)的鏡頭,反之則不行。原因是:如1/2CCD攝像機(jī)采用1/3鏡頭,則進(jìn)光量會(huì)變小,色彩會(huì)變差,甚至圖像也會(huì)缺損;反之,則進(jìn)光量會(huì)變大,色彩會(huì)變好,圖像效果肯定會(huì)變好。當(dāng)然,綜合各種因素,攝像機(jī)最好還是選擇與其相匹配的鏡頭。手

4、動(dòng)光圈及自動(dòng)光圈的選擇鏡頭光圈分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。以往由于攝像機(jī)的使用在室外或其它特殊場(chǎng)合等緣故,所以較多選用自動(dòng)光圈鏡頭。在目前的監(jiān)控工程中,由于智能建筑大量使用CCTV系統(tǒng),室內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)占較高的比例。而許多工程商在做工程設(shè)備報(bào)價(jià)時(shí),也同樣喜歡采用自動(dòng)光圈鏡頭。雖然自動(dòng)光圈鏡頭對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的光線變化適應(yīng)性較強(qiáng),但其價(jià)格也明顯高于相同焦距的手動(dòng)定焦鏡頭。而現(xiàn)在大多數(shù)的攝像機(jī)都有電子快門(mén),室內(nèi)的光源也較為穩(wěn)定,因此,智能建筑項(xiàng)目中大量采用自動(dòng)光圈鏡頭沒(méi)有太大的必要;另一方面,現(xiàn)在市場(chǎng)上用的自動(dòng)光圈鏡頭分為二大類(lèi):a.電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭;b.視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭。電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭是通過(guò)四根線控制鏡頭

5、的,其中兩根為DC12V或DC24V電源來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡頭中的馬達(dá),另兩根控制線通過(guò)鏡頭內(nèi)的光感應(yīng)點(diǎn)感應(yīng)外部光源的照度來(lái)控制光圈的大小;視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭則是通過(guò)三根線來(lái)控制鏡頭的,其中一根為視頻觸發(fā)信號(hào)來(lái)起動(dòng)光圈,并控制光圈大小,另二根為DC12V或DC24V電源線驅(qū)動(dòng)電機(jī)馬達(dá)。目前市場(chǎng)上大多黑白或彩色攝像機(jī)雖然有自動(dòng)光圈鏡頭接口,但除了少數(shù)可以兼容二種鏡頭以外,大多數(shù)攝像機(jī)不能兼容,只能使用電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭或視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭。如果在使用中當(dāng)一些攝像機(jī)損壞時(shí),新購(gòu)入的攝像機(jī)就有與原來(lái)的自動(dòng)光圈鏡頭是否兼容的問(wèn)題。但當(dāng)工程中的監(jiān)控點(diǎn)在室外時(shí),采用帶自動(dòng)光圈的鏡頭是必要的,因?yàn)槭彝獾墓饩€的動(dòng)態(tài)

6、范圍變化較大,夏日陽(yáng)光下環(huán)境照度達(dá)50000Lx-100000Lx;夜間路燈時(shí)僅為10Lx,變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機(jī)無(wú)論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即通過(guò)攝像機(jī)本身的電子快門(mén)已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍,也就無(wú)法達(dá)到控制圖像效果的作用.在電視監(jiān)控系統(tǒng)中如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)被監(jiān)視環(huán)境,正確選用攝像機(jī)鏡頭是非常重要的,因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(tǒng)組成后在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視面畫(huà)的效果能否滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求(就畫(huà)面范圍或圖像細(xì)節(jié)而言,所以正確的選用攝像機(jī)鏡頭可以使系統(tǒng)得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)并可獲得良好的監(jiān)視效果.攝像機(jī)鏡頭就光圈而言可分為手動(dòng)光圈鏡頭及自動(dòng)光圈鏡頭兩種,就焦距而言又可分為定焦鏡頭及變焦鏡頭

7、兩種.1、手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定。對(duì)于在環(huán)境照度恒定的情況下,如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里、無(wú)陽(yáng)光直射的房間內(nèi),均可選用手動(dòng)光圈鏡頭,這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實(shí)際照度,一次性整定鏡頭光圈大小,獲得滿意亮度畫(huà)面即可.對(duì)于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況,如隨日照時(shí)間而照度變化較大的門(mén)廳、窗口及大堂內(nèi)等,均需選用自動(dòng)光圈鏡頭(必須配以帶有自動(dòng)光圈鏡頭插座的攝像機(jī),這樣便可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié),獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫(huà)面。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭的控制信號(hào)又可分為DC及VIDEO控制兩種,即直流電壓控制及視頻信號(hào)控制。這在自動(dòng)光圈鏡頭的類(lèi)型選用上

8、,攝像機(jī)自動(dòng)光圈鏡頭插座的連接方式上,以及選擇自動(dòng)光圈鏡頭的驅(qū)動(dòng)方式開(kāi)關(guān)上,三者注意協(xié)調(diào)配合好即可.2、定焦、變焦鏡頭的選用定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監(jiān)視場(chǎng)景范圍的大小,以及所要求被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面的清晰程度.鏡頭規(guī)格(鏡頭規(guī)格一般分為1/3、1/2和2/3等一定的情況下,鏡頭焦距與鏡頭視場(chǎng)角的關(guān)系為:鏡頭焦距越長(zhǎng),其鏡頭的視場(chǎng)角就越小.在鏡頭焦距一定的情況下,鏡頭規(guī)格與鏡頭視場(chǎng)角的關(guān)系為:鏡頭規(guī)格越大,其鏡頭的視場(chǎng)角也越大。所以由以上關(guān)系可知:在鏡頭物距一定的情況下,隨著鏡頭焦距的變大,在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場(chǎng)景的畫(huà)面范圍就越小,但畫(huà)面細(xì)節(jié)越來(lái)越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大,在系統(tǒng)末端

9、監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場(chǎng)景的畫(huà)面范圍就增大,但其畫(huà)面細(xì)節(jié)越來(lái)越模糊。在鏡頭規(guī)格及鏡頭焦距一定的前提下,CS型接口鏡頭的視場(chǎng)角將大于C型接口鏡頭的視場(chǎng)角.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.對(duì)于一般變焦(倍鏡頭而言,由于其最小焦距通常為6.0mm左右,故其變焦(倍鏡頭的最大視場(chǎng)角為45左右,如將此種鏡頭用于這種狹小的被監(jiān)視環(huán)境中,其監(jiān)視死角必然增大,雖然可通過(guò)對(duì)前端云臺(tái)進(jìn)行操作控制,以減少這種監(jiān)視死角,但這樣必將會(huì)增加系統(tǒng)的工程造價(jià)(系統(tǒng)需增加前端解碼器、云臺(tái)、防護(hù)罩等,以及系統(tǒng)操控的復(fù)雜性,所以

10、在這種環(huán)境中,不宜采用變焦(倍鏡頭.在開(kāi)闊的被監(jiān)視環(huán)境中,首先應(yīng)根據(jù)被監(jiān)視環(huán)境的開(kāi)闊程度,用戶要求在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面的清晰程度,以及被監(jiān)視場(chǎng)景的中心點(diǎn)到攝像機(jī)鏡頭之間的直線距離為參考依據(jù),在直線距離一定且滿足覆蓋整個(gè)被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面的前提下,應(yīng)盡量考慮選用長(zhǎng)焦距鏡頭,這樣可以在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上獲得一幅具有較清晰細(xì)節(jié)的被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍鏡頭(電動(dòng)三可變鏡頭,這可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)的性能價(jià)格比決定,在選用時(shí)也應(yīng)考慮兩點(diǎn):(1在調(diào)節(jié)至最短焦距時(shí)(看全景應(yīng)能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面的要求;(2在調(diào)節(jié)至最長(zhǎng)焦距時(shí)(看細(xì)節(jié)應(yīng)能滿足觀察被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)

11、面細(xì)節(jié)的要求。通常情況下,在室內(nèi)的倉(cāng)庫(kù)、車(chē)間、廠房等環(huán)境中一般選用6倍或者10倍鏡頭即可滿足要求,而在室外的庫(kù)區(qū)、碼頭、廣場(chǎng)、車(chē)站等環(huán)境中,可根據(jù)實(shí)際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下,鏡頭倍數(shù)越大,價(jià)格越高,可在綜合考慮系統(tǒng)造價(jià)允許的前提下,適當(dāng)選用高倍數(shù)變焦鏡頭。3、正確選用鏡頭焦距的理論計(jì)算攝取景物的鏡頭視場(chǎng)角是極為重要的參數(shù),鏡頭視場(chǎng)角隨鏡頭焦距及攝像機(jī)規(guī)格大小而變化(其變化關(guān)系如前所述,覆蓋景物鏡頭的焦距可用下述公式計(jì)算:1f=u?D/U2f=h?D/Hf:鏡頭焦距、U:景物實(shí)際高度、H:景物實(shí)際寬度、D:鏡頭至景物實(shí)測(cè)距離、u:圖像高度、h:圖像寬度舉例說(shuō)明當(dāng)選用1

12、/2鏡頭時(shí),圖像尺寸為u=4.8mm,h=6.4mm。鏡頭至景物距離D=3500mm,景物的實(shí)際高度為U=2500mm(景物的實(shí)際寬度可由下式算出H=1.333?U,這種關(guān)系由攝像機(jī)取景器CCD片決定。將以上參數(shù)代入公式(1中,可得f=4.8?3500/2500=6.72mm,故選用6mm定焦鏡頭即可攝像機(jī)鏡頭的作用是把被觀察目標(biāo)的光像呈現(xiàn)在攝像機(jī)的靶面上,也稱(chēng)光學(xué)成像。將各種不同形狀、不同介質(zhì)(塑料、玻璃或晶體的光學(xué)零件(反射鏡、透射鏡、棱鏡按一定方式組合起來(lái),使得光線經(jīng)過(guò)這些光學(xué)零件的透射或反射以后,按照人們的需要改變光線的傳輸方向而被接收器件接收,即完成了物體的光學(xué)成像過(guò)程。光學(xué)鏡頭應(yīng)滿

13、足成像清晰、透光率強(qiáng)、像面照度分布均勻、圖像畸變小、光圈可調(diào)等要求。一般來(lái)說(shuō)每個(gè)鏡頭都由多組不同曲面曲率的透鏡按不同間距組合而成。間距和鏡片曲率、透光系數(shù)等指標(biāo)的選擇決定了該鏡頭的焦距。一、鏡頭分類(lèi)攝像機(jī)鏡頭按其功能和操作方法分為常用鏡頭和特殊鏡頭兩大類(lèi)。常用鏡頭又分為定焦鏡頭(自動(dòng)和手動(dòng)光圈和變焦鏡頭(自動(dòng)和手動(dòng)光圈。特殊鏡頭是根據(jù)特殊工作環(huán)境而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的,一般有廣角鏡頭、針孔鏡頭等。二、鏡頭參數(shù)a、相對(duì)孔徑光圈的主要作用是通過(guò)控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大,靶面成像照度越大,攝像機(jī)輸出信號(hào)強(qiáng)度越大,信噪比越高。若光圈的實(shí)際孔徑為,由于光線通過(guò)透鏡后的折射使鏡頭的有效孔徑

14、D 比實(shí)際孔徑大,光圈的相對(duì)孔徑等于有效孔徑與鏡頭焦距之比,即:A=D/f,f 為鏡頭的焦距。b、光圈系數(shù)通常將表征鏡頭光圈大小的參數(shù)定義成光圈系數(shù),用F 表示。光圈系數(shù)為鏡頭光圈相對(duì)孔徑的倒數(shù)。F值的規(guī)律是后一個(gè)值正好是前一個(gè)數(shù)值的2 倍,這是由于成像面中心亮度與(1/F2成正比。F值越小相應(yīng)靈敏度越大。常用值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個(gè)等級(jí)。c、視場(chǎng)角我們常用視場(chǎng)角來(lái)表征觀察景物的范圍。所謂視場(chǎng)角是指在視場(chǎng)角內(nèi)的景物可全部落入成像尺寸內(nèi),而視場(chǎng)角以外的景物將不被攝取。因此,鏡頭的視場(chǎng)角與攝像機(jī)的靶面及鏡頭的焦距有關(guān)。根據(jù)幾何原理可以得到視場(chǎng)角的計(jì)算公式如下:H=2tg-1(h/2fV=2tg-1(v/2f式中H為水平視場(chǎng)角,V為垂直視場(chǎng)角,f 為鏡頭的焦距,h為攝像機(jī)靶面的水平寬度,v為攝像機(jī)靶面的垂直高度。具體數(shù)值可參閱攝像機(jī)一節(jié)。當(dāng)成像尺寸確定后,焦距越短,視場(chǎng)角越大。因此可將鏡頭分為長(zhǎng)角鏡頭(視場(chǎng)角小于45、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(視場(chǎng)角為4550、廣角鏡頭(