鏡頭的選擇和主要參數(shù)

　　攝像頭鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量（指標(biāo)）優(yōu)劣直接影響攝像頭的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像頭鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。

　　鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，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，這與我們家用攝像頭和照相機(jī)的原理是一致的。當(dāng)人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時(shí)，也就是人們常說的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清；攝像頭與鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當(dāng)圖像變得不清楚時(shí)，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，改變CCD芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離（相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置），可以將模糊的圖像變得清晰。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(jì)人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計(jì)人員要根據(jù)物距、成像大小計(jì)算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。

　　所有的攝像頭鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業(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，此時(shí)應(yīng)將攝像頭前部的墊圈取下再安裝鏡頭。其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡　　　　頭安裝到一個(gè)CS安裝座攝像頭上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。

　　攝像頭鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝像頭的CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對(duì)應(yīng)。即攝像頭的CCD靶面大小為1/2英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。攝像頭的CCD靶面大小為1/3英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。攝像頭的CCD靶面大小為1/4英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/4英寸。如果鏡頭尺寸與攝像頭CCD靶面尺寸不一致時(shí)，觀察角度將不符合設(shè)計(jì)要求，或者發(fā)生畫面在焦點(diǎn)以外等問題。

　　鏡頭有手動(dòng)光圈（manual iris）和自動(dòng)光圈（auto iris）之分，配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)用場(chǎng)合，自動(dòng)光圈鏡頭因亮度變更時(shí)其光圈亦作自動(dòng)調(diào)整，故適用亮度變化的場(chǎng)合。

　　自動(dòng)光圈鏡頭有兩類：一類是將一個(gè)視頻信號(hào)及電源從攝像頭輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝像頭上的直流電壓來直接控制光圈，稱為DC輸入型。自動(dòng)光圈鏡頭上的ALC（自動(dòng)鏡頭控制）調(diào)整用于設(shè)定測(cè)光系統(tǒng)，可以整個(gè)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(hào)強(qiáng)度，供給自動(dòng)光圈調(diào)整使用。

　　一般而言，ALC已在出廠時(shí)經(jīng)過設(shè)定，可不作調(diào)整，但是對(duì)于拍攝景物中包含有一個(gè)亮度極高的目標(biāo)時(shí)，明亮目標(biāo)物之影像可能會(huì)造成"白電平削波"現(xiàn)象，而使得全部屏幕變成白色，此時(shí)可以調(diào)節(jié)ALC來變換畫面。

另外，自動(dòng)光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)光圈環(huán)時(shí)，通過鏡頭的光通量會(huì)發(fā)生變化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：F＝f（焦距）/D（鏡頭實(shí)際有效口徑），F(xiàn)值越小，則光圈越大。

　　采用自動(dòng)光圈鏡頭，對(duì)于下列應(yīng)用情況是理想的選擇，它們是：在諸如太陽光直射等非常亮的情況下，用自動(dòng)光圈鏡頭可有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。要求在整個(gè)視野有良好的聚焦時(shí)，用自動(dòng)光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。要求在亮光上因光信號(hào)導(dǎo)致的模糊最小時(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)光圈鏡頭。

　　標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm。
　　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。

　　
　　變倍鏡頭（zoom lens）：也稱為伸縮鏡頭，有手動(dòng)變倍鏡頭和電動(dòng)變倍鏡頭兩類。

　　可變焦點(diǎn)鏡頭（vari-focus lens）：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體放大，同時(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。變焦鏡頭可通過設(shè)置自動(dòng)聚焦于最小焦距和最大焦距兩個(gè)位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過手動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。

　　針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。

　　短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。

　　中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視CCD的尺寸而定。

　　長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。

　　變焦距鏡頭：通常為電動(dòng)式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。

　　應(yīng)與攝像頭CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等規(guī)格。

　　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(duì)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(jì)量單位，計(jì)算公式為：

鏡頭分辨率N＝180 / 畫幅格式的高度。

　　由于攝像頭CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如1/2英寸攝像頭，其靶面為寬6.4mm*高4.8mm，1/3英寸攝像頭為寬4.8mm*高3.6mm，因此對(duì)1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對(duì)線/mm。對(duì)1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對(duì)線，攝像頭的靶面越小，對(duì)鏡頭的分辨率越高。

　　首先根據(jù)攝像頭到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f 確定后，則由攝像頭靶面決定了視野。

　　鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標(biāo)記，每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大的F值，通光量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來選擇用手動(dòng)光圈還是用自動(dòng)光圈鏡頭。

　　變焦鏡頭有手動(dòng)伸縮鏡頭和自動(dòng)伸縮鏡頭兩大類。伸縮鏡頭由于在一個(gè)鏡頭內(nèi)能夠使鏡頭焦距在一定范圍內(nèi)變化，因此可以使被監(jiān)控的目標(biāo)放大或縮小，所以也常被成為變倍鏡頭。典型的光學(xué)放大規(guī)格有6倍（6.0~36mm，F(xiàn)1.2）、8倍（4.5~36mm，F(xiàn)1.6）、10倍（8.0~80mm，F(xiàn)1.2）、12倍（6.0~72mm，F(xiàn)1.2）、20倍（10~200mm，F(xiàn)1.2）等檔次，并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。

　　為增大放大倍數(shù)，除光學(xué)放大外還可施以電子數(shù)碼放大。在電動(dòng)伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動(dòng)光圈、直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈、電動(dòng)調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動(dòng)調(diào)整和預(yù)置兩種，電動(dòng)調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而預(yù)置則是通過鏡頭內(nèi)的電位計(jì)預(yù)先設(shè)置調(diào)整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調(diào)整的過程，可精確與快速定位。在球形罩一體化攝像系統(tǒng)中，大部分采用帶預(yù)置位的伸縮鏡頭。

　　另一項(xiàng)令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測(cè)焦系統(tǒng)與電動(dòng)變焦反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。

　　1/2"鏡頭既可用于1/2"攝像頭，也可用于1/3"攝像頭，但視角會(huì)減少25%左右。1/3"鏡頭不能用于1/2"攝像頭，只能用于1/3"攝像頭。

手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的應(yīng)用范圍:

　　手動(dòng)光圈鏡頭是最簡(jiǎn)單的鏡頭，適用于光照條件相對(duì)穩(wěn)定的條件下，手動(dòng)光圈由數(shù)片金屬薄片構(gòu)成。光通量通過鏡頭外徑上的一個(gè)環(huán)調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)此圈可使光圈收小或放大。在照明條件變化大的環(huán)境中或不是用來監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)，應(yīng)采用自動(dòng)光圈鏡頭，比如在戶外或人工照明經(jīng)常開關(guān)的地方，自動(dòng)光圈鏡頭的光圈的動(dòng)作由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)受控于攝像頭的視頻信號(hào)。

　　手動(dòng)光圈鏡頭和自動(dòng)光圈鏡頭又有定焦距（光圈）鏡頭自動(dòng)光圈鏡頭和電動(dòng)變焦距鏡頭之分。

　　定焦距（光圈）鏡頭，一般與電子快門攝像頭配套，適用于室內(nèi)監(jiān)視某個(gè)固定目標(biāo)的場(chǎng)所作用。定焦距鏡頭一般又分為長(zhǎng)焦距鏡頭，中焦距鏡頭和短焦距鏡頭。中焦距鏡頭是焦距與成像尺寸相近的鏡頭；焦距小于成像尺寸的稱為短距鏡頭，短焦距鏡頭又稱廣角鏡頭，該鏡頭的焦距通常是28mm以下的鏡頭，短焦距鏡頭主要用于環(huán)境照明條件差，監(jiān)視范圍要求寬的場(chǎng)合；焦距大于成像尺寸的稱為長(zhǎng)焦距鏡頭，長(zhǎng)焦距鏡頭又稱望遠(yuǎn)鏡頭，這類鏡頭的焦距一般在150mm以上，主要用于監(jiān)視較遠(yuǎn)處的景物。

　　手動(dòng)光圈鏡頭可與電子快門攝像頭配套，在各種光線下均可使用。

　　自動(dòng)光圈鏡頭（EF）可與任何CCD攝像頭配套，在各種光線下均可使用，特別用于被監(jiān)視表面亮度變化大、范圍較大的場(chǎng)所。為了避免引起光暈現(xiàn)象和燒壞靶面，一般都配自動(dòng)光圈鏡頭。

　　電動(dòng)變焦距鏡頭，可與任何CCD攝像頭配套，在各種光線下均可使用，變焦距鏡頭是通過遙控裝置來進(jìn)行光對(duì)焦，光圈開度，改變焦距大小的。

　　焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。

　　即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個(gè)鏡頭上都標(biāo)有最大F值，例如6mm/F1.4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(gè)標(biāo)值時(shí)的曝光量正好是后一個(gè)標(biāo)值對(duì)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(hào)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。

　　另外鏡頭的光圈還有手動(dòng)（MANUAL IRIS）和自動(dòng)光圈（AUTO IRIS）之分。配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈適合亮度變化不大的場(chǎng)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(dòng)光圈鏡頭會(huì)隨著光線的變化而自動(dòng)調(diào)整，用于室外、入口等光線變化大且頻繁的場(chǎng)合。

　　自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻（VIDEO）驅(qū)動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。另一類稱為直流（DC）驅(qū)動(dòng)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(jì)式光圈馬達(dá)，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對(duì)于各類自動(dòng)光圈鏡頭，通常還有兩項(xiàng)可調(diào)整旋鈕，一是ALC調(diào)節(jié)（測(cè)光調(diào)節(jié)），有以峰值測(cè)光和根據(jù)目標(biāo)發(fā)光條件平均測(cè)光兩種選擇，一般取平均測(cè)光檔；另一個(gè)是LEVEL調(diào)節(jié)（靈敏度），可將輸出圖像變得明亮或者暗淡。

　　變倍鏡頭分為手動(dòng)（MANUAL ZOOM LENS）和電動(dòng)（AUTO ZOOM LENS）兩種，手動(dòng)變倍鏡頭一般用于科研項(xiàng)目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。在監(jiān)控很大的場(chǎng)面時(shí)，攝像頭通常要配合電動(dòng)鏡頭和云臺(tái)使用。電動(dòng)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(gè)細(xì)節(jié)，再加上云臺(tái)可以上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)，可視范圍就非常大了。

　　電動(dòng)鏡頭有6倍、10倍、15倍、20倍等多種倍率，如果再知道基準(zhǔn)焦距，就可以確定鏡頭焦距的可變范圍。例如一個(gè)6倍電動(dòng)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(chǎng)角為31.3到5.5度。電動(dòng)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(shí)，要充分考慮傳輸線纜長(zhǎng)度，如果距離太遠(yuǎn)，線路產(chǎn)生的電壓下降會(huì)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。

　　視場(chǎng)指被攝取物體的大小，視場(chǎng)的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。 

　　鏡頭的焦距，視場(chǎng)大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計(jì)算如下：

f=wL/W

f=hL/h

f；鏡頭焦距　　　　　　w：圖象的寬度（被攝物體在CCD靶面上成象寬度）
W：被攝物體寬度　　　 L：被攝物體至鏡頭的距離

h：圖象高度（被攝物體在ccd靶面上成像高度）視場(chǎng)（攝取場(chǎng)景）高度

H：被攝物體的高度