光学镜头基础知识和选择

光学镜头基础知识和选择陈爱民2012-06-25Opticallens目录镜头简介镜头成像影响因素镜头参数镜头分类摄像机镜头选择方法实例及注意事项一、镜头简介摄像机镜头为视频监控系统最关键的设备，它的指标优劣直接影响摄像机的整机性能指标，因此摄像机镜头的选择是否恰当直接关系到整机性能效果，同时关系到工程造价。它相当于人眼的晶状体。----没有了镜头，则摄像头出来的图像则是白茫茫的一片，得不到清晰的图像输出。当人眼肌肉无法正常将晶状体拉伸到正常位置，也就是人们所说的近视眼，眼前的世界模糊不清，摄像头与镜头的匹配也有类似的情况，当图像模糊不清时，可以调整摄像头的后焦距，改变CCD或者CMOS靶面与镜头基准面的距离（相当于调整人眼球内的晶状体位置），从而将模糊的图像变的清晰了。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要。≈二、镜头成像影响因素镜头分不同类型，同一类型，对于成像质量也会存在较大差异性。主要取决于：镜头材质、加工精度、镜头结构。同时造成不同档次镜头的价格上几百到几万的差异性。像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下：球差色差畸变彗差二、镜头成像影响因素分辨率（清晰度）明锐度（对比度）景深其它（色散、IR效果等评价镜头的几个主要因素DOF3、景深，顾名思义，就是背景的深度.DepthofField(DOF）概念：当摄像机镜头对着某一物体聚焦清晰时，在镜头中心所对的位置垂直镜头轴线的同一平面的点都可以在CCD或CMOS上相当清晰的图像，在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成眼睛可以接受的较清晰的像点，把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫做摄像机的景深DOF影响景深的因素：景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离改变而变化对于固定焦距与拍摄距离，使用光圈越大，景深越小DOFDOF主要因素对景深的影响如下（假定其他条件不变的情况下）：1、镜头光圈：光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大。2、镜头焦距：焦距越长，景深越小，景深越小，景深越大。3、拍摄距离：距离越远，景深越大，距离越近，谨慎越小。三、镜头参数---成像尺寸镜头的光学特性主要包含成像尺寸、焦距、相对孔径、视场角等几个主要参数，一般在镜头所附的规格说明书上都有标注，以下分别做介绍。成像尺寸：一般分为1”、2/3、1/2、1/3、1/4等几种规格成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与Sensor靶面尺寸大小相吻合。镜头尺寸规格≧Sensor靶面尺寸,注：当镜头的成像尺寸比摄像机靶面大时，不会影响成像，但实际成像的视场角度会比镜头标称的要小。而镜头的成像尺寸比摄像机成像靶面小时，会影响成像，表现为成像的画面四角会被镜头遮挡，在画面的四个角上显示暗角。镜头成像尺寸与SENSOR靶面关系三、镜头参数—视场角镜头视场角：每个镜头有一个视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角,视场角与镜头的焦距F及摄像机Sensor靶面尺寸有关，镜头的水平视场角ah与垂直视场角a可分别由下面公式来计算ah=2arctg(h/2f)av=2arctg(v/2f)由以上可知，镜头的焦距越短，其视场角越大，或者SENSOR靶面尺寸h或v越大，其视场角越大。三、镜头参数---视场角不同焦距镜头所对应的视场角三、镜头参数---附接口说明镜头与摄像机之间接口有不同类型。工业摄像机接口通常包含如下接口：C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、莱卡接口、M42接口、M50接口、M12接口、Φ14接口等。说明：接口定义不同与镜头的性能质量并无直接关系，只是接口的方式不同，一般可以找相应接口的转换座。C接口及CS接口是摄像机类的最常见的国际标准接口，两种接口的螺纹都采用英制螺纹，螺纹连接一样主要区别如下：1、C接口的后截距为17.5mm，CS接口后截距为12.5mm。从而CS接口的摄像机可以和C或CS接口镜头连接使用，只是使用C接口镜头时使用一5mm连接圈。C型接口的摄像机不能使用CS接口的镜头。三、镜头参数—附接口说明C与CS接口主要区别四、镜头分类以镜头规格分类以镜头安装方式分类以镜头光圈分类以镜头透过光线分类以镜头视场角大小分类以镜头焦距分类镜头分类四、镜头分类以镜头光圈分类：1、手动光圈镜头（manualiris),适合于亮度不变或变化不大的应用场合。2、自动光圈镜头(autoiris)，适合于亮度变化较大的应用场合。DC驱动输入型视频信号输入型说明：对于采用自动光圈镜头，对于下列应用是比较理想的选择：1）、在如太阳光直射等非常亮的场景下，用自动光圈可以获得较宽的动态范围。2）、要求在整个视野有良好聚焦的情况下，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。四、镜头分类以镜头焦距分类：按焦距分类定焦距（自动光圈与固定光圈）变焦距（电动式）短焦距镜头：入射角较宽，可以提供一较宽广的视野中焦距镜头：标准镜头，如现在使用4、6、8、12mm镜头。长焦距镜头：入射角较窄，仅能提供狭窄的视景，使用于长距离监控。三可变镜头：可调焦、可变倍、可调光圈两可变镜头：可调焦、可变倍四、镜头分类以镜头透过光线分类：以透光性分类彩色镜头IR镜头黑白镜头五、摄像机镜头的选择方法镜头尺寸与SENSOR靶面匹配合适的镜头焦距环境光线的变化最佳的监控范围镜头接口的一致性镜头的选用主要考虑以下几点：镜头像素与SENSOR分辨率匹配五、摄像机镜头的选择方法对于环境光线变化说明：光线对图像的采集起着十分重要的作用，对于光线变化不明显的场合，我们选用手动光圈或者固定光圈镜头即可。如果光线变化较大，建议采用自动光圈镜头，但需要注意的是，如果光线照度不均匀，特别是监控目标和背景光线反差太大时，采用自动光圈就不是很理想。对于考虑最佳监控范围说明：因为镜头焦距与水平视场角成反比，因此既想看的远，又想看的清晰与宽阔，这是无法同时实现的。每个焦距的镜头只能在一定范围内达到最佳的监看效果，所以如果要监看较远或者又宽阔范围，最好增加摄像机数量，或者采用电动变焦镜头，同时配合云台操作。五、摄像机镜头的选择方法镜头像素与SENSOR分辨率匹配：40万像素IR镜头130万像素IR自动光圈镜头300万像素IR固定光圈镜头500万像素镜头500万像素镜头百万像素不同规格镜头六、注意事项1、焦距确定计算公式所有计算都基于一种理想镜头，此理想镜头与商业镜头在实际中差别一点点，基本可以忽略但有时还需要根据实际测试下。但是广角镜头可能与理想镜头有较大差异。2、镜头对图像的影响：焦距越小，景深越大，畸变越大，渐晕现象越严重，像差边缘照度会低。光圈越大，图像亮度越高，景深越小，分辨率越高。一般像场中心较边缘分辨率高，一般像场中心比边缘照度高相同参数的情况，照明光源波长越短，得到图像分辨率越高。3、Dallmeier(德码迩）ViewDesigner小工具，可以根据安装环境以及监控范围来计算你需要的镜头大小满足你工程需要THANKS!