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平面上,。如果沒有晶狀體,，人眼看不到任何物體;如果沒有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像,，就是白茫茫的一片,，沒有清晰的圖像輸出。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,，圖像就會變得不清楚,。

由此可見，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)計人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計人員要根據(jù)物距,、成像大小計算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場調(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

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，長焦鏡頭;從視場大小分有廣角,、標(biāo)準(zhǔn),，遠(yuǎn)攝鏡頭;結(jié)構(gòu)上分有固定光圈定焦鏡頭，手動光圈定焦鏡頭,，自動光圈定焦鏡頭,，手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭,，自動光圈電動變焦鏡頭,，電動三可變(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,，平行光纖通過凸透鏡會匯聚于一個焦點(diǎn),，這個焦點(diǎn)離透鏡中心位置的長度就是焦距?，F(xiàn)有鏡頭一般都可以看成凸透鏡組，對于焦距固定的鏡頭,，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角的大小,，焦距數(shù)值小,，視場角大，所觀察的范圍也大,，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚;焦距數(shù)值大,，視場角小，觀察范圍小,，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。由于焦距和視場角是一一對應(yīng)的,，一個確定的焦距就意味著一個確定的視場角,，所以在選擇鏡頭焦距時，應(yīng)該充分考慮是觀測細(xì)節(jié)重要,，還是有一個大的觀測范圍重要,，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長焦距鏡頭;如果看近距離大場面,，就選擇小焦距的廣角鏡頭,。

焦距的大小不但決定著視場角的大小，也在一定程度上影響著圖像的景深,。對景深的理解我們可以從“對焦”說起,，在調(diào)節(jié)攝像機(jī)時，我們通過調(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程,，叫做對焦。那個景物所在的點(diǎn),，稱為對焦點(diǎn),。景深就是保證對焦點(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,。一般來說，前景深小于后后景深,，也就是說,，精確對焦之后，對焦點(diǎn)前面只有很短一點(diǎn)距離內(nèi)的景物能清晰成像,，而對焦點(diǎn)后面很長一段距離內(nèi)的景物,，都是清晰的。

(1)基于焦距的分類及應(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、手動變焦鏡頭和電動變焦鏡頭,。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,。對于監(jiān)視比較固定的地點(diǎn)，比如文物展臺,、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。

我們無法確定具體哪個位置為最佳的對焦點(diǎn)時,，比如一些狹長的通道或區(qū)域,，采用變焦鏡頭有更大的靈活性，可以依據(jù)現(xiàn)場情況來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)視范圍的長度來確定，常用的規(guī)格有2.8～13mm,，3.5～8mm幾種,。

電動變焦鏡頭用于監(jiān)控很大的場面時，通常要配合電動鏡頭和云臺使用,。電動鏡頭的好處是變焦范圍大,，既可以看大范圍的情況，也可以聚焦某個細(xì)節(jié),，再加上云臺可以上下左右的轉(zhuǎn)動,，可視范圍就非常大了。電動鏡頭有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6倍電動鏡頭，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),，視場角為31.3到5.5度。電動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，要充分考慮傳輸線纜長度,，如果距離太遠(yuǎn),，線路產(chǎn)生的電壓下降會導(dǎo)致鏡頭無法控制，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)鏡頭焦距的長短與其視場角是密切相關(guān)的,。鏡頭視場角可分為圖像水平視場角以及圖像垂直視場角，且圖像水平視場角大于圖像垂直視場角,，通常我們所講的視場角一般是指鏡頭的圖像水平視場角,。

依據(jù)攝像機(jī)鏡頭水平視場角的大小，可以將攝像機(jī)鏡頭分為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(或稱中焦鏡頭,、),、廣角鏡頭(或稱短焦鏡頭)、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度以內(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的比值來衡量,。每個鏡頭上都標(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)律是前一個標(biāo)值時的曝光量正好是后一個標(biāo)值對應(yīng)曝光量的2倍,。也就是說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)鏡頭光圈有手動和自動光圈之分,。手動光圈適合亮度變化不大的場合,，它的進(jìn)光量通過鏡頭上的光圈環(huán)調(diào)節(jié)，一次性調(diào)整合適為止,。自動光圈鏡頭會隨著光線的變化而自動調(diào)整通光孔徑,，保證進(jìn)入攝像機(jī)的亮度相對穩(wěn)定，用于室外,、人口等光線變化大且頻繁的場合,。

自動光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻驅(qū)動型，鏡頭本身包含放大器電路,，用以將攝像頭傳來的視頻幅度信號轉(zhuǎn)換成對光圈馬達(dá)的控制,。

另一類稱為直流(DC)驅(qū)動型,，利用攝像頭上的直流電壓來直接控制光圈。這種鏡頭只包含電流計式光圈馬達(dá),，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路,。對于各類自動光圈鏡頭，通常還有兩項可調(diào)整旋鈕,，一是ALC調(diào)節(jié)(測光調(diào)節(jié)),，有以峰值測光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測光兩種選擇，一般取平均測光檔;另一個是LEVEL調(diào)節(jié)(靈敏度),，可將輸出圖像變得明亮或者暗淡,。

自動光圈鏡頭上的ALC(自動鏡頭控制)調(diào)整用于設(shè)定測光系統(tǒng)，可以整個畫面的平均亮度,，也可以畫面中最亮部分(峰值)來設(shè)定基準(zhǔn)信號強(qiáng)度,，供給自動光圈調(diào)整使用。一般而言,，ALC已在出廠時經(jīng)過設(shè)定,，可不作調(diào)整，但是對于拍攝景物中包含有一個亮度極高的目標(biāo)時,，明亮目標(biāo)物之影像可能會造成“白電平削波”現(xiàn)象,，而使得全部屏幕變成白色，此時可以調(diào)節(jié)ALC來變換畫面,。

(1)鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變,，但對用戶而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率,，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計量單位,，計算公式為：鏡頭分辨率N二180/畫幅格式的高度。由于攝像機(jī)CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,，如1/2英寸攝像機(jī),，其靶面為寬6.4mm*高4.8mn，1/3英寸攝象機(jī)為寬4.8mm×高3.6mm,。因此對1/2英寸格式的CCD靶面,，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對線/mm，對1/3英寸格式攝像機(jī),，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對線,，攝像機(jī)的靶面越小，對鏡頭的分辨率越高,。

(2)紅外感應(yīng)能力

由于玻璃對不同波長光線的折射率不同,，故聚焦點(diǎn)的位置會有所差別，目前市面上的普通鏡頭可以做到把相差250nm左右波長的光線聚集到同一平面上，即430～650nm或者650～900nm范圍內(nèi)的光可以聚焦成功,，呈現(xiàn)出清晰的圖像,，這就是為什么普通鏡頭白天調(diào)清晰了，夜視模糊,，或者夜視調(diào)清晰了,，白天模糊的原因。

專業(yè)感紅外的鏡頭采用特殊的鏡片(超低色散),，能做到把430～900nm甚至更長波段范圍的光線都聚集到同一平面上,，所以不管白天還是夜視都是清晰的。

專業(yè)感紅外的鏡頭由于鏡片材料特殊,，所以造價是很高的,，為了降低價格，有些廠商采用鍍膜的方式,，利用特種材料對光線進(jìn)行修正,，也能部分達(dá)到紅外感應(yīng)鏡頭的效果，但是不好的鍍膜技術(shù)很容易脫落和蒸發(fā)的,，反而會影響鏡頭原本成像的清晰度,。

3.攝像機(jī)鏡頭的正確使用

設(shè)備選型必須結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境需求，并考慮到一定的經(jīng)濟(jì)性,，下面就以使用環(huán)境的不同談如何正確選用攝像機(jī)鏡頭,。

(1)鏡頭焦距的選用

攝像機(jī)鏡頭焦距的選用一般采用計算法，依據(jù)攝像機(jī)成像靶面尺寸(寬w,，高h(yuǎn)),，需要監(jiān)視范圍的尺寸(寬W或高H)，監(jiān)視點(diǎn)距離攝像機(jī)的距離(L),，通過下述公式,，計算出鏡頭需要的焦距。

公式一：f=W*L/w(W,，L單位M,，f，w單位mm)

公式二：f=H*L/h(H,，L單位M,，f，h單位mm)

舉例：當(dāng)選用1/2″鏡頭時,，圖像尺寸為u=4.8mm，h=6.4mm,。

鏡頭至景物距離D=3500mm,，景物的實際高度為U=2500mm(景物的實際寬度可由下式算出H=1.333這種關(guān)系由攝像機(jī)取景器CCD片決定)。

將以上參數(shù)代入公式一中，可得f=4.8

3500/2500=6.72mm,，故選用6mm定焦鏡頭即可,。(2)鏡頭C和CS接口的選擇

所有的攝象機(jī)鏡頭均是螺紋口的，CCD攝象機(jī)的鏡頭安裝接口有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，即C安裝座和CS安裝座,。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同,。

C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是17.526mm,。

CS安裝座：特種C安裝，其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm,。

在選型時,，一定要注意攝像機(jī)和鏡頭安裝方式的匹配，即鏡頭和攝像機(jī)的安裝座應(yīng)該一致,?；贑安裝座的螺紋深度比CS要大，CS的鏡頭是無法安裝到C安裝座的攝像機(jī)上的,，但是可以將一個C安裝座鏡頭安裝到一個CS安裝座攝象機(jī)上時,，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器(增加深度的墊片)。

4.鏡頭與CCD尺寸的匹配性

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1/2″CCD攝像機(jī)中獲取同樣的視角,，1/3″CCD攝像機(jī)鏡頭焦距必須縮短;相反如果在1/3″CCD與1/2″CCD攝像機(jī)中采用相同焦距的鏡頭,，情況又如何呢?1/3″CCD攝像機(jī)視角將比1/2″CCD攝像機(jī)明顯地減小，同時1/3″CCD攝像機(jī)的圖像在監(jiān)視器上將比1/2″CCD的圖像放大,，產(chǎn)生了使用長焦距鏡頭的效果,。

另外我們在選擇鏡頭時還要注意這樣一個原則：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1/2″CCD攝像機(jī)采用1/3″鏡頭,，則進(jìn)光量會變小，色彩會變差,，甚至圖像也會缺損;反之,，則進(jìn)光量會變大，色彩會變好,，圖像效果肯定會變好,。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,。

(1)手動、自動光圈鏡頭的選用

手動,、自動光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定,。

對于在環(huán)境照度恒定的情況下,，如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里,、無陽光直射的房間內(nèi),，均可選用手動光圈鏡頭，這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實際照度,，一次性整定鏡頭光圈大小,，獲得滿意亮度畫面即可。

對于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況,，如隨日照時間而照度變化較大的門廳,、窗口及大堂內(nèi)等，均需選用自動光圈鏡頭(必須配以帶有自動光圈鏡頭插座的攝像機(jī)),，這樣便可以實現(xiàn)畫面亮度的自動調(diào)節(jié),，獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫面。

對于自動光圈鏡頭的控制信號又可分為DC及VIDEO控制兩種,，即直流電壓控制及視頻信號控制,。這在自動光圈鏡頭的類型選用上，攝像機(jī)自動光圈鏡頭插座的連接方式上,，以及選擇自動光圈鏡頭的驅(qū)動方式開關(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)視場景范圍的大小，以及所要求被監(jiān)視場景畫面的清晰程度,。

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角的關(guān)系為：鏡頭焦距越長,，其鏡頭的視場角就越小;在鏡頭焦距一定的情況下,，鏡頭規(guī)格與鏡頭視場角的關(guān)系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場角也越大,。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)視場景的畫面范圍就越小,，但畫面細(xì)節(jié)越來越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大,，在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就增大，但其畫面細(xì)節(jié)越來越模糊,。

在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中如電梯轎箱內(nèi),，狹小房間均應(yīng)采用短焦距廣角或超廣角定焦鏡頭，如選用鏡頭規(guī)格為1/2″,，CS型接口,，鏡頭焦距為3.6mm或2.6mm鏡頭,，這些鏡頭視場角均不小于99°或127°,，這對于攝像機(jī)在狹小空間里一般標(biāo)高為2.5m左右時,，其鏡頭的視場角范圍足以覆蓋整個近距離狹小被監(jiān)視空間。也可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選用手動變焦鏡頭如日產(chǎn)ComputerT2Z2814CS-2鏡頭,，這種鏡頭為1/3″CS型接口手動光圈鏡頭,，其焦距2倍可調(diào)(手動調(diào)焦)。調(diào)焦范圍為2.8～6.0mm,，視場角變化范圍為96°～47.2°,，這種鏡頭非常適合在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中使用，在使用時可方便地根據(jù)實際需要,，靈活實現(xiàn)對被監(jiān)視場景的“點(diǎn)”或“面”的監(jiān)視效果,。

(3)電動變焦鏡頭的使用

對于一般變焦(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,，雖然可通過對前端云臺進(jìn)行操作控制,，以減少這種監(jiān)視死角，但這樣必將會增加系統(tǒng)的工程造價(系統(tǒng)需增加前端解碼器,、云臺,、防護(hù)罩等)，以及系統(tǒng)操控的復(fù)雜性,，所以在這種環(huán)境中,，不宜采用變焦(倍)鏡頭。

在開闊的被監(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)視場景畫面的清晰程度，以及被監(jiān)視場景的中心點(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被監(jiān)視場景畫面的前提下,，應(yīng)盡量考慮選用長焦距鏡頭，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)視場景畫面,。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍)鏡頭(電動三可變鏡頭),，這可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求以及系統(tǒng)的性能價格比決定，在選用時也應(yīng)考慮兩點(diǎn)：在調(diào)節(jié)至最短焦距時(看全景)應(yīng)能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場景畫面的要求;

在調(diào)節(jié)至最長焦距時(看細(xì)節(jié))應(yīng)能滿足觀察被監(jiān)視場景畫面細(xì)節(jié)的要求,。

通常情況下,，在室內(nèi)的倉庫、車間,、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,，而在室外的庫區(qū),、碼頭、廣場,、車站等環(huán)境中,，可根據(jù)實際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下,，鏡頭倍數(shù)越大,，價格越高，可在綜合考慮系統(tǒng)造價允許的前提下,，適當(dāng)選用高倍數(shù)變焦鏡頭,，或者快球)。

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