安防摄像机镜头简介解读
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
安防摄像机镜头相关知识
镜头的参数
• 成像尺寸 • 焦距 • 光圈 • 视场角
成像尺寸
• 镜头一般可以分为25.4mm（1 in）、
16.9mm(2/3in)、12.7mm(1/2in)、 8.47mm(1/3in)、6.35mm(2/3in)。 • 选镜头时，镜头成像尺寸应与摄像机的靶 面尺寸大小相吻合。当镜头成像尺寸比摄 像机靶面小时，成像的画面会出现黑角。 大时不会影响成像。
镜头视场角
• 镜头视场角与镜头焦距及摄像机靶面有关。
镜头的焦距越短，视场角越大或者摄像机 CCD靶面尺寸越小，其视场角也越大。
镜头设计的基本构思
利用不同類型的玻璃所產生的特定的折射率 和色散率（Dispersive Power），讓光線偏 向並集中強度和大小，成為鏡頭設計的最 基本理論。
折射率
焦距与景深
光学镜头能把景物空间中一定范围内的物体，在像平面上都形成较清晰 的像，这个范围所对应的“空间深度”称为景深，如下图中的△S.
ห้องสมุดไป่ตู้
图中△S=△S1+△S2， △S1—前景深，△S2—后景深。当物距S一定， D为一定值时，f越小（短焦距），景深△S越大；f越大（长焦距）， 景深越小。又知，△S与S2成正比，既物越远，景深越大。还有，当f 不变、S不变时，D越小（光圈越小，F数值大），景深越大。
光圈 Aperture
• 光圈先決使用的符號『A』就是這個英文字的縮寫！大多
數的鏡頭光圈是一組內建在鏡頭之中可以活動的葉片，葉 片組合有2、4、6、7片等，視相機的性能不同而有所改變。 透過這些葉片開閉的大小，就可以控制光線透過鏡頭進入 相機內光量多寡。
光圈与镜头的关系如下图所示。光圈的直径d 使镜头实际有效孔径变 D（又称入射光瞳），d越大，D也越大，则光通量越大。
球面像差
凸透镜孔径较大时，从轴上物点P发出的单色光束。通过透镜时， 由于凸透镜的边缘部分比中心部分弯曲的厉害些，所以通过边缘部分 的光线比近轴光线折射的严重，致使边缘部分的光线含聚于焦点F之 前的F的点，因此在焦点处形成了一个中心亮、边缘模糊的小图盘， 而不是很清晰的小亮点，这样的像差称为球差。
校正方法：要消除這種像差，可以收小鏡頭的光圈，大口徑的鏡 頭則改用非球面鏡。
心圓像面按放射狀方向分開的話，點不在點內，變成線狀 或橢圓狀的結像，這種現象便叫做像散 。一般鏡頭光圈 大小不同對像散有一定影響。
桶狀和枕狀形變
• 平面的四方形測試圖在拍攝後，影像與原來的樣子不相同，
便叫做影像形變。形變像差分為枕狀及桶狀兩種。發生的 成因為離軸光束與中心軸形成的角度太大，會將方形的影 像拉長成彎曲的枕形。反之當角度太小時，則會變成桶形。
综合上述两方面因素，可以的到像平面照度E与（D/f）的平方成正比 即E∝(D/f)2 （3—4） D/f——称为透镜的相对孔径。 由于一般情况下f>D,所以习惯上用D/f 的倒数f/D来标记光圈大小，称为光 圈指数F。则有 E∝(D/f)2∝1/F2 （3—5） 上式说明F值越小（光圈越大），透光能力越强。
• 折射率（RI）是指玻璃折射光線的能力，折射率 •
越高，斜射進入玻璃的光線沿人射方向偏折得越 嚴重 常用光學折射率 ：真空無1.00000；水 H2O1.33333；熔石英 SiO2 1.45843 ；螢 石 CaF2 1.43381； 鉀玻璃 K6 1.51110； 重鉀玻璃 ； ZK6 1.61263； 鋇玻璃 BaK2 1.53988 ；含氟玻璃 F1 1.60328； 鋇氟玻璃 BaF8 1.62590 ；光學玻 璃 ZF1 1.64752 ；鑽石C2.41923
主要分为两种： • 光軸的色像差
• 倍率的色像差
光軸的色像差
• 鏡片本身的材質影響進入鏡片的光線，並
色散率
• 玻璃的『色散率』是指紅、藍色光折射率之間的
差異，差異越大，自然陽白光被分離成為的彩色 光譜帶就會越寬，類似三棱鏡或小雨滴將日光色 散為彩虹一樣。由於被攝物體往往不是單一顏色， 加上人造的各種混合波長照明光具的生產與使用。 人眼所見到的物體色彩，不一定能100％的在底片 或是 CCD上表現出來，特別是光線本身再被鏡頭 玻璃分色的話，色偏會更加嚴重。因此，色散性 能也是考驗攝影鏡頭玻璃的一項重要指標。
慧差（Coma aberration ）
• 慧差：慧差是轴外物点以宽光束成像时光束失去对称性而
形成的像差。它使轴外像点变成彗星状弥散斑，严正破坏 了像的清晰度。因此，任何一个具有一定大小孔径的光学 系统都必须很好的校正慧差。
色像差
• 自然光如陽光或其他混合色光，會因為波長不同，鏡片折
射率不一樣，引起色像差。色像差主要產生於凸面鏡的聚 焦效果，發生在影像遠離中心之四周範圍，主要顏色因光 線的扭曲而無法疊合，在一起可以透過凹面鏡加以分散修 正。
像场弯曲
• 平面的景物在焦點成像時，透過彎曲鏡片將光線扭曲，造
成像面不是平面，這種現像便叫做像面彎曲。也就是說， 結下的影像，如果對焦在中間的話，則周邊不清楚，對焦 在周邊則中間不清楚。 校正方法：必須依靠修正鏡片的像散來改變整體的成像。
•
像散
• 在離光軸的某一點處結下點狀的影像時，相對於光軸的同
其中：F标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等序列值，每 相邻两个数值中，后一个是前一个数值的 2 倍。
焦距的测量与计算
• 根据被摄物体大小，离镜头中心的距离（物距），CCD的
靶面尺寸来确定。
f=hD/H或者f=vD/V
D为镜头中心到被摄物体的距离，H和V分别是物体的水平尺 寸和垂直尺寸，v和h分别为CCD靶面的垂直尺寸和水平尺 寸。
透镜的问题
• 理論上 ，透鏡雖然可以有效的集中光線，理想化的完美
鏡片至今尚未被 設計成功，主要的問題在於實際生產時， 限於材料和條件因素，製造出來的光學鏡片並不能達到完 全理想的狀態，多少存在偏差 ( Aberration )現象。一般 球面鏡片的像差，可以分成下述的五種 ﹕ • 球面像差 • 像場彎曲 • 慧星像差 • 桶狀和枕狀形變 • 像散 主要是單一波長的單色光線來對鏡片進行測試所產生的结果。
镜头的参数
• 成像尺寸 • 焦距 • 光圈 • 视场角
成像尺寸
• 镜头一般可以分为25.4mm（1 in）、
16.9mm(2/3in)、12.7mm(1/2in)、 8.47mm(1/3in)、6.35mm(2/3in)。 • 选镜头时，镜头成像尺寸应与摄像机的靶 面尺寸大小相吻合。当镜头成像尺寸比摄 像机靶面小时，成像的画面会出现黑角。 大时不会影响成像。
镜头视场角
• 镜头视场角与镜头焦距及摄像机靶面有关。
镜头的焦距越短，视场角越大或者摄像机 CCD靶面尺寸越小，其视场角也越大。
镜头设计的基本构思
利用不同類型的玻璃所產生的特定的折射率 和色散率（Dispersive Power），讓光線偏 向並集中強度和大小，成為鏡頭設計的最 基本理論。
折射率
焦距与景深
光学镜头能把景物空间中一定范围内的物体，在像平面上都形成较清晰 的像，这个范围所对应的“空间深度”称为景深，如下图中的△S.
ห้องสมุดไป่ตู้
图中△S=△S1+△S2， △S1—前景深，△S2—后景深。当物距S一定， D为一定值时，f越小（短焦距），景深△S越大；f越大（长焦距）， 景深越小。又知，△S与S2成正比，既物越远，景深越大。还有，当f 不变、S不变时，D越小（光圈越小，F数值大），景深越大。
光圈 Aperture
• 光圈先決使用的符號『A』就是這個英文字的縮寫！大多
數的鏡頭光圈是一組內建在鏡頭之中可以活動的葉片，葉 片組合有2、4、6、7片等，視相機的性能不同而有所改變。 透過這些葉片開閉的大小，就可以控制光線透過鏡頭進入 相機內光量多寡。
光圈与镜头的关系如下图所示。光圈的直径d 使镜头实际有效孔径变 D（又称入射光瞳），d越大，D也越大，则光通量越大。
球面像差
凸透镜孔径较大时，从轴上物点P发出的单色光束。通过透镜时， 由于凸透镜的边缘部分比中心部分弯曲的厉害些，所以通过边缘部分 的光线比近轴光线折射的严重，致使边缘部分的光线含聚于焦点F之 前的F的点，因此在焦点处形成了一个中心亮、边缘模糊的小图盘， 而不是很清晰的小亮点，这样的像差称为球差。
校正方法：要消除這種像差，可以收小鏡頭的光圈，大口徑的鏡 頭則改用非球面鏡。
心圓像面按放射狀方向分開的話，點不在點內，變成線狀 或橢圓狀的結像，這種現象便叫做像散 。一般鏡頭光圈 大小不同對像散有一定影響。
桶狀和枕狀形變
• 平面的四方形測試圖在拍攝後，影像與原來的樣子不相同，
便叫做影像形變。形變像差分為枕狀及桶狀兩種。發生的 成因為離軸光束與中心軸形成的角度太大，會將方形的影 像拉長成彎曲的枕形。反之當角度太小時，則會變成桶形。
综合上述两方面因素，可以的到像平面照度E与（D/f）的平方成正比 即E∝(D/f)2 （3—4） D/f——称为透镜的相对孔径。 由于一般情况下f>D,所以习惯上用D/f 的倒数f/D来标记光圈大小，称为光 圈指数F。则有 E∝(D/f)2∝1/F2 （3—5） 上式说明F值越小（光圈越大），透光能力越强。
• 折射率（RI）是指玻璃折射光線的能力，折射率 •
越高，斜射進入玻璃的光線沿人射方向偏折得越 嚴重 常用光學折射率 ：真空無1.00000；水 H2O1.33333；熔石英 SiO2 1.45843 ；螢 石 CaF2 1.43381； 鉀玻璃 K6 1.51110； 重鉀玻璃 ； ZK6 1.61263； 鋇玻璃 BaK2 1.53988 ；含氟玻璃 F1 1.60328； 鋇氟玻璃 BaF8 1.62590 ；光學玻 璃 ZF1 1.64752 ；鑽石C2.41923
主要分为两种： • 光軸的色像差
• 倍率的色像差
光軸的色像差
• 鏡片本身的材質影響進入鏡片的光線，並
色散率
• 玻璃的『色散率』是指紅、藍色光折射率之間的
差異，差異越大，自然陽白光被分離成為的彩色 光譜帶就會越寬，類似三棱鏡或小雨滴將日光色 散為彩虹一樣。由於被攝物體往往不是單一顏色， 加上人造的各種混合波長照明光具的生產與使用。 人眼所見到的物體色彩，不一定能100％的在底片 或是 CCD上表現出來，特別是光線本身再被鏡頭 玻璃分色的話，色偏會更加嚴重。因此，色散性 能也是考驗攝影鏡頭玻璃的一項重要指標。
慧差（Coma aberration ）
• 慧差：慧差是轴外物点以宽光束成像时光束失去对称性而
形成的像差。它使轴外像点变成彗星状弥散斑，严正破坏 了像的清晰度。因此，任何一个具有一定大小孔径的光学 系统都必须很好的校正慧差。
色像差
• 自然光如陽光或其他混合色光，會因為波長不同，鏡片折
射率不一樣，引起色像差。色像差主要產生於凸面鏡的聚 焦效果，發生在影像遠離中心之四周範圍，主要顏色因光 線的扭曲而無法疊合，在一起可以透過凹面鏡加以分散修 正。
像场弯曲
• 平面的景物在焦點成像時，透過彎曲鏡片將光線扭曲，造
成像面不是平面，這種現像便叫做像面彎曲。也就是說， 結下的影像，如果對焦在中間的話，則周邊不清楚，對焦 在周邊則中間不清楚。 校正方法：必須依靠修正鏡片的像散來改變整體的成像。
•
像散
• 在離光軸的某一點處結下點狀的影像時，相對於光軸的同
其中：F标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等序列值，每 相邻两个数值中，后一个是前一个数值的 2 倍。
焦距的测量与计算
• 根据被摄物体大小，离镜头中心的距离（物距），CCD的
靶面尺寸来确定。
f=hD/H或者f=vD/V
D为镜头中心到被摄物体的距离，H和V分别是物体的水平尺 寸和垂直尺寸，v和h分别为CCD靶面的垂直尺寸和水平尺 寸。
透镜的问题
• 理論上 ，透鏡雖然可以有效的集中光線，理想化的完美
鏡片至今尚未被 設計成功，主要的問題在於實際生產時， 限於材料和條件因素，製造出來的光學鏡片並不能達到完 全理想的狀態，多少存在偏差 ( Aberration )現象。一般 球面鏡片的像差，可以分成下述的五種 ﹕ • 球面像差 • 像場彎曲 • 慧星像差 • 桶狀和枕狀形變 • 像散 主要是單一波長的單色光線來對鏡片進行測試所產生的结果。