监控摄像机镜头分类

监控摄像机镜头分类

摄像机镜头的作用是把被观察目标的光像呈现在摄像机的靶面上，也称光学成像。将各种不同形状、不同介质（塑料、玻璃或晶体）的光学零件（反射镜、透射镜、棱镜）按一定方式组合起来，使得光线经过这些光学零件的透射或反射以后，按照人们的需要改变光线的传输方向而被接收器件接收，即完成了物体的光学成像过程。

光学镜头应满足成像清晰、透光率强、像面照度分布均匀、图像畸变小、光圈可调等要求。

一般来说每个镜头都由多组不同曲面曲率的透镜按不同间距组合而成。间距和镜片曲率、透光系数等指标的选择决定了该镜头的焦距。

镜头按功能分类

摄像机镜头按其功能和操作方法分为常用镜头和特殊镜头两大类。

常用镜头又分为定焦镜头（自动和手动光圈）和变焦镜头（自动和手动光圈）。

特殊镜头是根据特殊工作环境而专门设计的，一般有广角镜头、针孔镜头等。

镜头按使用环境分类

根据民用建筑的应用场合镜头的种类大致可分为：

(1)广角镜头：视角在90度以上，一般用于电梯轿箱内、大厅等小视距大视角场所；

(2)标准镜头：视角在30度左右，一般用于走道及小区周界等场所；

(3)长焦镜头：视角在20度以内，焦距的范围从几十毫米到上百毫米，用于远距离监视

(4)变焦镜头：镜头的焦距范围可变，可从广角变到长焦，用于景深大，视角范围广的区域；(5)针孔镜头：用于隐蔽监控。

镜头按光圈分类：

常用的镜头种类包括：手动/自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种。

定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种。定焦镜头的适用范围如下：

手动光圈镜头：所需监视的环境照度变化不大，如室内。

自动光圈镜头：所需监视的环境照度变化大，如室外。

广角镜头：监视的角度较宽，距离较近。

标准镜头：监视的角度和距离适中。

变焦镜头分为10倍、6倍和2倍变焦镜头，另一种分法是：手动变焦和电动变焦（电动光圈和自动光圈）两种。

变焦镜头在规则上可以划分为：1/3〃、1/2〃和1〃等。

选择变焦镜头的原则是：镜头的规格不应小于摄像机的规格，也就是说1/2〃的镜头可以与1/3〃的摄像机一起使用，但是1/3〃的镜头就不能够在1/2〃的摄像机上使用。

镜头焦距的确定

在选择镜头时，有以下五个因素确定镜头标准：

（1）监控现场的大小；

（2）被摄物体的大小；

（3）物距；

（4）焦距；

（5）CCD靶面尺寸。

前4点可由现场测量并通过计算来确定镜头的焦距标准，其计算方法如下：

u 1/3″CCD F=4.8×L/W或F=3.6×L/H

u 1/2″CCD F=6.4×L/W或F=4.8×L/H

其中，W为被摄物体的宽度；H为被摄物体的高度；L为镜头到被摄物体间的距离；F 为镜头焦距。

那么为何在镜头的选用中考虑CCD靶面的尺寸呢?

为了从1/3″与1/2″CCD摄像机中获取同样的视角，1/3″CCD摄像机镜头焦距必须缩短；相反如果在1/3″CCD与1/2″CCD摄像机中采用相同焦距的镜头，情况又如何

呢?1/3″CCD摄像机视角将比1/2″CCD摄像机明显地减小，同时1/3″CCD摄像机的图像在监视器上将比1/2″CCD的图像放大，产生了使用长焦距镜头的效果。

另外我们在选择镜头时还要注意这样一个原则：即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD摄像机的镜头，反之则不行。原因是：如1/2″CCD摄像机采用1/3″镜头，则进光量会变小，色彩会变差，甚至图像也会缺损；反之，则进光量会变大，色彩会变好，图像效果肯定会变好。当然，综合各种因素，摄像机最好还是选择与其相匹配的镜头。

镜头参数

㈠相对孔径

光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大，靶面成像照度越大，摄像机输出信号强度越大，信噪比越高。

若光圈的实际孔径为ψ，由于光线通过透镜后的折射使镜头的有效孔径D 比实际孔径大，光圈的相对孔径等于有效孔径与镜头焦距之比，即：A=D/f，f 为镜头的焦距。

㈡光圈系数

通常将表征镜头光圈大小的参数定义成光圈系数，用F 表示。光圈系数为镜头光圈相对孔径的倒数。F值的规律是后一个值正好是前一个数值的√2 倍，这是由于成像面中心亮度与（1/F）2成正比。F值越小相应灵敏度越大。常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。

㈢视场角

我们常用视场角来表征观察景物的范围。所谓视场角是指在视场角内的景物可全部落入成像尺寸内，而视场角以外的景物将不被摄取。因此，镜头的视场角与摄像机的靶面及镜头的焦距有关。

根据几何原理可以得到视场角的计算公式如下：

ωH＝2tg-1（h/2f）ωV＝2tg-1（v/2f）

式中ωH为水平视场角，ωV为垂直视场角，f 为镜头的焦距，h为摄像机靶面的水平宽度，v为摄像机靶面的垂直高度。具体数值可参阅摄像机一节。

当成像尺寸确定后，焦距越短，视场角越大。因此可将镜头分为长角镜头（视场角小于45°）、标准镜头（视场角为45°——50°）、广角镜头（视场角大于50°）、超广角镜头（视场角接近180°）、鱼眼镜头（视场角大于180°）等。

另外，我们还可以得到如下公式以计算其中任一未知项数据。

f/v＝D/V f/h＝D/H

其中：f───镜头焦距；D───镜头至景物距离；

h───靶面宽度；H───靶面高度。

镜头接口

镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。C型安装接口指从镜头安装基准面到焦点的距离为17.526mm，而CS型接口的镜头安装基准面到焦点距离为12.5mm。因此将C型镜头安装到CS接口摄像机时需要加装一个5mm厚的接圈。

镜头的发展

镜头是影响图像品质的重要关键，如果镜头品质不佳，自然难拍摄出清晰的画面，传统的摄像机镜头所采用的镜片，可以通称为球面镜头，这是以镜头内镜片的表面曲线为球面形状来命名的。顾名思义，非球面镜头就是采用了不同于球面曲线的技术，也就是镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线，这将依据设计功能上的不同而会有不同形状的曲线，因此统称为非球面镜头。

传统球面镜头为了校正相差、色差、球差、彗差、畸变、相散等问题，必须采用多片镜片来校正，这使得镜头的体积变的较大，由于每个镜片多少会有精度上的误差，因此要达到理想值并不容易，非球面镜头由于在设计时便已经考量到校正的因素，因此可以减少镜片的数量，使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确，镜头内的光线反射得以降低，镜头体积也可以缩小。

以往非球面镜头多应用在仪器、机械加工设备上，但随著加工技术的提升，使得品质、效能提升，因此应用越来越广。目前非球面镜头除了具备高清晰度，录制的图像能够当作法律证据外，新推出的非球面镜头还具备变倍高、物距短、光圈大的特性，变倍高可以简化镜头的种类，物距短可以应用在近距离摄像的场合，光圈大则可以适应光线较暗的场所，使得应用领域日渐宽广。而在CCTV应用领域中也推出了非球面镜头，可以使用于一些如银行这类对于摄像品质要求较高的场所。