监控镜头设计

本科生毕业设计本科生毕业设计

监控镜头设计Design of Surveillance Camera

摘要

随着设计、加工、测试技术水平的提高，光学非球面已逐渐成为应用广泛的元件之一。在光学系统中恰当地使用非球面，能够有效地提高光学系统的成像性能，改善其紧凑性。

本论文首先介绍数码镜头的研究意义和研究现状，分析监控镜头的性能指标要求与结构形式选择，以及利用光学非球面校正像差的基本原理。然后，设计完成了一个四片式微小型数码监控镜头，采用光、机性能好的480R光学塑料和双面非球面透镜。所设计的光学系统的相对孔径为1/3，焦距为7.llmm，全视场角为46.4°，80lp/mm处的调制传递函数(MTF)值大于0.4，成像质量满足使用要求。

关键词：光学设计监控镜头非球面

ABSTRACT

Along with the technical level of design, processing, testing, aspheric optics has gradually become one of the most popular element. The proper use of aspheric optical system, can effectively improve the imaging performance of optical system, to improve its compactness.

The research significance and the research status of this thesis firstly introduces the digital camera lens, analyzing and monitoring the performance requirements and the choice of structure form, and the basic principle of optical non spherical correcting aberrations. Then, designed to complete a four chip micro digital surveillance camera, using 480R optical plastics and two-sided light, machine performance of aspheric lens. The relative aperture of the optical system design for the 1/3, the focal length is 7.11mm, the full field of view angle is 46.4 °, the modulation transfer function (80lp/mm MTF) values greater than 0.4, the imaging quality to meet the use requirements.

Keywords：Optical Design Surveillance Camera Aspheric Surface

目录

第一章绪论 (1)

1.1监控镜头的概述 (1)

1.2监控镜头的研究意义 (1)

1.3监控镜头的国内外研究现状 (2)

第二章光学系统的一般设计 (7)

2.1光学系统的一般设计过程 (7)

2.1.1外形尺寸计算 (7)

2.1.2初始结构的计算和选择 (7)

2.1.3像差的校正和平衡 (7)

2.2光学系统设计的步骤 (8)

2.3像质评价 (8)

2.3.1瑞利判断 (9)

2.3.2中心点亮度 (9)

2.3.3分辨率 (9)

2.3.4点列图 (10)

2.3.5传递函数 (10)

第三章监控镜头的设计 (11)

3.1技术指标 (11)

3.2监控镜头初始结构的选择和分析 (13)

3.2.1监控物镜常用的像差特点和两种常用基本结构 (13)

3.2.2初始结构的选择 (14)

3.3监控镜头的优化设计 (17)

3.3.1光学系统优化设计的基本原理 (17)

3.3.2非球面校正像差的原理 (17)

3.3.3用于光学非球面的几种重要光学塑料 (18)

3.3.4优化设计过程 (20)

3.4优化设计结果 (21)

3.5成像质量评价 (23)

结论 (25)

参考文献 (26)

致谢 (27)

第一章绪论

1.1监控镜头的概述

监控镜头指监控摄像机的镜头，由于监控摄像机只是一个单一的视频扑捉设备，镜头的像素和分辨率比电脑的视频头要高但是赶不上专业的数码相机或dv。在闭路监控体系中，摄像机又称摄像头或CCD即电荷耦合器件。严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，摄像头的首要传感部件是CCD，它具有迅速度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，CCD是电耦合器件（Charge Couple Device）的简称，它可以将光子转变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压产生变化，是取代摄像管传感器的新型器件。

镜头在摄像机成本构成中的比例为20%左右，是摄像机的重要组成部分。与摄像机从高端到低端完整的产品链相对应，CCTV镜头也形成了从高档到中档到低档的完整的产品链，价格从几十元到几百元，几百元到几千元，一应俱全。利润水平也相差很大，常用的单板机镜头，利润已很低；技术含量越高，功能越先进的镜头，利润也就越大。

表1-1摄像机镜头的分类

按外形功能分球面镜头非球面镜头针孔镜头鱼眼镜头

按视场大小分广角镜头标准镜头远景镜头

按光圈分白动光圈手动光圈固定光圈

按变焦类型分电动变焦手动变焦固定焦距

按焦距长距分长焦距镜头标准镜头广角镜头

1.2监控镜头的研究意义

镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，几乎看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。