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镜头选型影响视频画质

编辑:南京东台泽润船用设备有限公司   字号:
摘要:镜头选型影响视频画质
无论何种监控工程的应用中,视频画质效果皆是考核镜头优劣的核心因素。好的摄像机如果配上不好的镜头,就不能得到高质量的监控画面。同理,如果好的镜头却配上不好的摄像机,那也不会有好的视频画面呈现。高质量镜头不但在成像清晰度、对比度及亮度、色彩还原度具备尚佳表现,而且画面畸变率变形小。监控镜头的主要有焦距和光阑系数两大参数,同时,镜头选型需注意视频画质的影响因素。

监控镜头主要参数

1、焦距

我们知道,平行光纤通过凸透镜会汇聚于一个焦点,这个焦点离透镜中心位置的长度就是焦距。现有镜头一般都可以看成凸透镜组,对于焦距固定的镜头,即定焦镜头;焦距可以调节变化的镜头,就是变焦镜头。

焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大,视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑是观测细节重要,还是有一个大的观测范围重要,如果要看细节,就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜头。

焦距的大小不但决定着视场角的大小,也在一定程度上影响着图像的景深。对景深的理解我们可以从“对焦”说起,在调节高清晰监控摄像机时,我们通过调节相机镜头,使距离高清晰监控摄像机一定距离的景物清晰成像的过程,叫做对焦。那个景物所在的点,称为对焦点。

内容景深就是保证对焦点前后景物成像清晰的范围的总和,就叫做景深,意思是只要在这个范围之内的景物,都能清楚地拍摄到。景深的大小,首先与镜头焦距有关,焦距长的镜头,景深小,焦距短的镜头景深大。其次,景深与光圈有关,光圈越小,景深就越大;光圈越大景深就越大。一般来说,前景深小于后后景深,也就是说,精确对焦之后,对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像,而对焦点后面很长一段距离内的景物,都是清晰的。

标准镜头:视角30度左右,在1/2英寸CCD摄象机中,标准镜头焦距定为12mm,在1/3英寸CCD高清晰监控摄像机中,标准镜头焦距定为8mm,一般用于走道及小区周界等场所。广角镜头:视角90度以上,焦距可小于几毫米,可提供较宽广的视景。远摄镜头:视角20度以内,焦距可达几米甚至几十米,此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大,但使观察范围变小。

2、光阑系数

光阑系数即光圈指数,用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如6mm/P1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22等,其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4,1/2,1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值是后一数值的根号2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上的照度也就越大。

视频监控系统的高清晰监控摄像机镜头光圈有手动(MANUALIRIS)和自动光圈(AUTOIRIS)之分。手动光圈适合亮度变化不大的场合,它的进光量通过镜头上的光圈环调节,一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整通光孔径,保证进入高清晰监控摄像机的亮度相对稳定,用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。

自动光圈镜头目前分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流(DC)驱动型,利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,通常还有两项可调整旋钮,一是ALC调节(测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择,一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。

自动光圈镜头上的ALC(自动镜头控制)调整用于设定测光系统,可以整个画面的平均亮度,也可以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度,供给自动光圈调整使用。一般而言,ALC已在出厂时经过设定,可不作调整,但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时,明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象,而使得全部屏幕变成白色,此时可以调节ALC来变换画面。

镜头选型影响视频画质

在与摄像机搭配上,镜头选型应考虑的因素包含下列几项。

F值越小表示光通量越高。如果摄像机自身设有的照度计对通光量F值有一定要求,那么工程人员就更需要意识到镜头的光通量一定要大于摄像机的通光量,如摄像机是F1.4,则至少要选用F1.4或F1.2的镜头才能与之匹配;

镜头座的匹配。也就是C与CSMount必须相互匹配。当然,在目前大部分采用5mm配接环下此问题不大,不过在安装环节故障层出不穷(该部分将在安装章节上向读者说明);

光圈范围大,即f值由小到大的数值范围越大越好,由此能使搭配的摄像机对环境光线条件的适应足够应付任何光照条件变化;镜片镀膜要均匀。目前质量较高的镜片的镀膜都是多层复合型镀膜。复合型镀膜可有效地抑制逆光及光线散射,以使摄像机避开光线造成的画面不良影响;

非球面的镜头搭配应用,无论百万还是非百万摄像机应用,搭配非球面镜对摄像机画面光线的整体平均度皆有很大改善。因为非球的镜头,在清晰度、对比度、画面亮度上较之球面镜头皆有较好的效果;最好选用有焦距、景深或光圈都有固定锁定的调节螺丝。因为镜头应用在各种不同环境及固定条件下,如果有此装置可以避免已调节好的画面因摄像机震动而发生画质变动;

选用与镜头安装方便及大小结构适合的摄像机,过大或过小的镜头都会给摄像机安装调整或施工上带来不便,尤其是结构较为复杂的镜头更需谨慎采用;红外线镜头的选用不是绝对的,在(Day&Night)日夜型摄像机与(Low-Light)低照度摄像机匹配上要慎之又慎。而ICR(彩转黑)摄像机对IR镜头没有偏好,相反,在黑白条件下,IR镜头反而可能是一种过度的功能浪费;

透过摄像机对红外线波场的感应范围来选择(LD低散射光学镜片)镜头。一般IR的红外线感应波长约是在300-750nm范围,但如果存在透雾的需求,那么摄像机及镜头在红外线感应波长上都必须要达到700-950nm的范围,因为只有波长达到该范围,才能发挥透雾的功效;

镜头在摄像机的搭配上还必须注意口径上的搭配,过去单纯的1/2、1/3及1/4英寸口径已经不是定律,随着CMOS感光芯片的发展,越来越多的大小取像口径尺寸出现,镜头的搭配口径大于摄像机的口径这一原则依旧不变,然而该原则在工程中也时有造成错误的选型应用。

对于工程人员来说,以上所述的镜头在与摄像机搭配选型时的数项重要参考因素内容至关重要。同样,在镜头工程施工安装上常常出现的问题与错误施作亦不容小视。
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