摄像机镜头知识

1．焦距。
对于电视摄像物镜而言，在实际应用中，往往物距远大于像距(即S>>S’)，所以可以近似认为S’≈f。这就是说，电视摄像物镜的像平面与像方焦平面近乎重合。
图2—35 被摄景物在摄像器件上的成像
镜头焦距的尺寸直接影响所能摄取的景物的大小，选择镜头时，应根据摄像机与被监控目标的距离和目标物的大小来选择镜头焦距的尺寸。参看图2—36。图中，各参数的含义如下：
图2—36 选择镜头焦距尺寸的图示
f－镜头焦距
D－镜头到目标物的距离
V—目标物的垂直尺寸
H—目标物的水平尺寸
v－摄像器件成像面的垂直尺寸
h－摄像器件成像面的水平尺寸
镜头焦距可由下式计算出：
根据目标物的垂直尺寸来计算，f＝v×D／V
根据目标物的水平尺寸来计算，f＝h×D／H
例如，若使用1／2”的摄像机来摄像，则已知成像面的尺寸为v＝4.8mm，h＝6.4mm。若监控目标物与摄像机的距离D＝2500mm，目标物的垂直尺寸V＝330mm，目标物的水平尺寸H＝440mm。分别代入上面的两个公式，可得到：
f＝4.8mm×2500mm／330mm＝36.364mm≈36mm
f＝6.4mm×2500mm／440mm＝36.364mm≈36mm
若目标物的水平尺寸比较长，例如H＝460mm，代入公式求得：
f＝6.4mmX2500mm／460mm＝34.783nm≌35mm
所以，应依据所监控目标的范围，来正确选择镜头的焦距。镜头的焦距对景物的成像有很大的影响。以下将做进一步的说明。
2．聚焦。
调整镜头的聚焦是为了使景物图像清晰地成像在摄像器件的成像面上。一般情况下，都是调节镜头的聚焦环或利用自动聚焦系统通过调节像距S，来实现聚焦的。与此同时，景物成像的大小也会有微小的变化。
当某些镜头具有“大特写功能”时，若需要在短于镜头的最近拍摄距离(一般为0.7～1.5m左右)来近摄时(20mm～50mm左右)，则可通过改变物距S的远近来实现聚焦。
3．视场角。
由于摄像机成像的位置(摄像器件)是固定的，而成像面尺寸的大小也由摄像器件的确定而固定下来。如图2—37所示。
在选择摄像机镜头的尺寸时，一般均要与所选用摄像器件的成像面的尺寸相对应。有时当无法配套时，也只能将大尺寸的镜头用于小尺寸摄像器件的摄像机上。若反过来使用，则会因一部分景物的光束被镜头所遮挡，而使成像器件的成像面没有被充分利用，即会使成像面的实际尺寸被缩小。在成像面尺寸一定的条件下，固定焦距的镜头就有一个固定的视野。通常用视场角来描述镜头视野的大小。
由于所用摄像机的成像尺寸是确定的，所以视场角仅随焦距f而变化。若拉长焦

距，则视场角减小(取景范围减小)。焦距f越短，视场角越大(取景范围越大)。参看图2—39。
图2—39 镜头的焦距与视场角及成像大小的关系
人们通常把短焦距、视场角大于50°(如f＝100mm左右)的镜头，称为广角镜头；把更短焦距(如f＝4mm)的镜头叫做超广角镜头；而把很长焦距(如f>50mm)的镜头称为望远(或远摄)镜头。介于短焦与长焦之间的镜头就叫做标准镜头。
因此，在拍摄特写镜头时，应当使用长焦距镜头，而在拍摄远景和全景时，应当使用中、短焦距的镜头。
5．光圈的相对孔径。
在镜头里都设有一个光圈(又称光阑)。光圈的作用有两个。其一，将距离主光轴较远的光束挡住，这样可以提高成像的清晰度。其二，控制穿过镜头的光通量大小，以满足摄像器件成像面上所需要的合适的照度，从而达到控制曝光量的目的。参看图2—40。
图2—40 光圈
设D为镜头的有效进光孔径，则光圈的相对孔径等于镜头的有效孔径与镜头焦距之比，即相对孔径＝ 。
镜头的相对孔径表征了物镜的集光能力，相对孔径越大，通过的光越多。所以，选用相对孔径大的镜头，可以降低对景物照明条件的要求。
在实际摄像中，镜头进光量的大小是通过摄像机镜头上标出的光圈指数F(又称光圈系数)的数值来加以控制的。光圈指数F是相对孔径的倒数，即光圈指数 。
例如，镜头上F的标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等。这表明镜头的相对孔径分别是1／1.4、1／2、1／2.8、1／4、1／5.6、1／8、1／11、1／16、1／22等。数字规律是后一个值正好是前一个值的拒倍。显然，光圈指数越小，光圈开得就越大，成像面上的照度也就越大。换句话说，在光圈指数序列中，前一个标值正好是后一个标值对应曝光量的2倍。
在有些镜头上仅标明最小的F值，用来表示镜头的曝光特性，这个值越小，镜头的曝光特性越好。如标明F＝2的镜头就比标明F＝2.8的镜头在低照度下的成像效果要好。
6．景深。
光学镜头能够把一定纵深空间范围内的景物在成像平面上呈现清晰的图像。此时，所对应的空间距离就称为该镜头的成像的景深。景深主要与以下几个因素有关：
(1)光圈大小：在镜头焦距、物距不变的条件下，光圈系数越大，景深范围越大；光圈系数越小，景深范围越小。在室内摄像时，有时因灵敏度不够，往往需要把镜头的光圈系数几乎调节到最小，因此，景深不可能大。
(2)焦距长短：在光圈系数、物距不变的条件下，镜头焦距{越大，景深就越小，当用短焦距拍摄全景画面时，景深就大。
(3)物距远近：在镜头焦距、光圈系

数不变的条件下，物距越远，景深越大；物距越近，景深越小。
景深的大小影响摄像画面的效果。如当拍摄的主体物有较大范围的活动时，景深范围要大些，以使主体物在有前后移动时，都能得到较清晰的图像。有时又需要景深范围要小，以使主体物非常清晰，而其他背景物则较模糊或非常模糊。