摄像机镜头的具体详细参数解析.pdf

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1、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 CCDIE 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、标准、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

2、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。CCD專堆艷面咸卜 rf 9 W 12,7 l/2ft 3,47 5.3J W r 16 11 8 6 垂直 9.6 6 e 4 3 3 6 2.7 水平 12.7 2 S 6.4 4 S 3.6 表 1-1 几种常见 CC

3、D 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

4、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

5、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

6、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.&4、5.6、8 11、16、22

7、 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 禺及垂直视场角 av可分别由下式来计算，即 ah=2arctg（h/2f）av=2arctg（v/2f）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

8、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 2.8 3.5 4.0 4.8 6.0 8.0 12.0 16.25./mm 0 0 镜头尺 寸/in 1/3 86.67.62.52.42.32.22.1 17.10.3 4 0 2 3 6 1 6 1/2 94.69.57.42.29.7 22.

9、14.6 4 1 6 6 2 2/3 59.30.19.2 8 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

10、 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。G安装铳头 -鱒点 安装悅头 -17,嗣吁 图 1-3 C 型安装和 CS 型安装镜头 !血头 i-25 稅场怖14.2 r=i.龍场角却*占厦 睨境角；竝!.&廈 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 C

11、CD 勺 靶面的保护玻璃，造成 CCDg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

12、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 CCDS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

13、，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

14、。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 23 倍，焦距一般 在 3.68 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

15、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，因为在施工调试过程中使 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

16、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 636mm、742 mm、848 mm 和 8.551 mm 等多种不同厂家的不同品种，其中 8.551 mm 镜头的远视 特性显然比 636mm 镜头的远视特性要好，但它的近视（广角）特性 却不如 636mm 镜头好