閉路電視監(jiān)控中攝像機(jī)鏡頭的選擇原則

1、隨著我國智能建筑行業(yè)的發(fā)展,安保技術(shù)在智能建筑中的地位與作用也與日俱增。閉路監(jiān)控電視(簡稱CCTV系統(tǒng)作為一種安保技術(shù),在星級(jí)賓館、涉外辦公樓、銀行、政府機(jī)關(guān)等場所越來越發(fā)揮著它的重要作用,包括現(xiàn)在的智能小區(qū)亦將CCTV系統(tǒng)作為安保及物業(yè)管理的一個(gè)重要手段。為了讓CCTV技術(shù)在智能建筑中發(fā)揮更好的作用,在每項(xiàng)閉路電視監(jiān)控工程中,如何正確選擇攝像機(jī)鏡頭,對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)性能都是十分重要的。鏡頭的分類根據(jù)民用建筑的應(yīng)用場合鏡頭的種類大致可分為1廣角鏡頭:視角在90度以上,一般用于電梯轎箱內(nèi)、大廳等小視距大視角場所2標(biāo)準(zhǔn)鏡頭:視角在30度左右,一般用于走道及小區(qū)周界等場所;3長焦鏡頭:視角在20度

2、以內(nèi),焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米,用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視4變焦鏡頭:鏡頭的焦距范圍可變,可從廣角變到長焦,用于景深大,視角范圍廣的區(qū)域;5針孔鏡頭:用于隱蔽監(jiān)控鏡頭焦距的確定在選擇鏡頭時(shí),有以下五個(gè)因素確定鏡頭標(biāo)準(zhǔn)1監(jiān)控現(xiàn)場的大小;2被攝物體的大小3物距4焦距5CCD靶面尺寸前4點(diǎn)可由現(xiàn)場測量并通過計(jì)算來確定鏡頭的焦距標(biāo)準(zhǔn),其計(jì)算方法如下u 1/3CCD F=4.8L/W或F=3.6L/Hu 1/2CCD F=6.4L/W或F=4.8L/H其中,W為被攝物體的寬度;H為被攝物體的高度;L為鏡頭到被攝物體間的距離;F 為鏡頭焦距那么為何在鏡頭的選用中考慮CCD靶面的尺寸呢?為了從1/3與1/2CCD

3、攝像機(jī)中獲取同樣的視角,1/3CCD攝像機(jī)鏡頭焦距必須縮短;相反如果在1/3CCD與1/2CCD攝像機(jī)中采用相同焦距的鏡頭,情況又如何呢?1/3CCD攝像機(jī)視角將比1/2CCD攝像機(jī)明顯地減小,同時(shí)1/3CCD攝像機(jī)的圖像在監(jiān)視器上將比1/2CCD的圖像放大,產(chǎn)生了使用長焦距鏡頭的效果。另外我們?cè)谶x擇鏡頭時(shí)還要注意這樣一個(gè)原則:即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶面CCD攝像機(jī)的鏡頭,反之則不行。原因是:如1/2CCD攝像機(jī)采用1/3鏡頭,則進(jìn)光量會(huì)變小,色彩會(huì)變差,甚至圖像也會(huì)缺損;反之,則進(jìn)光量會(huì)變大,色彩會(huì)變好,圖像效果肯定會(huì)變好。當(dāng)然,綜合各種因素,攝像機(jī)最好還是選擇與其相匹配的鏡頭。手

4、動(dòng)光圈及自動(dòng)光圈的選擇鏡頭光圈分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。以往由于攝像機(jī)的使用在室外或其它特殊場合等緣故,所以較多選用自動(dòng)光圈鏡頭。在目前的監(jiān)控工程中,由于智能建筑大量使用CCTV系統(tǒng),室內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)占較高的比例。而許多工程商在做工程設(shè)備報(bào)價(jià)時(shí),也同樣喜歡采用自動(dòng)光圈鏡頭。雖然自動(dòng)光圈鏡頭對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的光線變化適應(yīng)性較強(qiáng),但其價(jià)格也明顯高于相同焦距的手動(dòng)定焦鏡頭。而現(xiàn)在大多數(shù)的攝像機(jī)都有電子快門,室內(nèi)的光源也較為穩(wěn)定,因此,智能建筑項(xiàng)目中大量采用自動(dòng)光圈鏡頭沒有太大的必要;另一方面,現(xiàn)在市場上用的自動(dòng)光圈鏡頭分為二大類:a.電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭;b.視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭。電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭是通過四根線控制鏡頭

5、的,其中兩根為DC12V或DC24V電源來驅(qū)動(dòng)鏡頭中的馬達(dá),另兩根控制線通過鏡頭內(nèi)的光感應(yīng)點(diǎn)感應(yīng)外部光源的照度來控制光圈的大小;視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭則是通過三根線來控制鏡頭的,其中一根為視頻觸發(fā)信號(hào)來起動(dòng)光圈,并控制光圈大小,另二根為DC12V或DC24V電源線驅(qū)動(dòng)電機(jī)馬達(dá)。目前市場上大多黑白或彩色攝像機(jī)雖然有自動(dòng)光圈鏡頭接口,但除了少數(shù)可以兼容二種鏡頭以外,大多數(shù)攝像機(jī)不能兼容,只能使用電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭或視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭。如果在使用中當(dāng)一些攝像機(jī)損壞時(shí),新購入的攝像機(jī)就有與原來的自動(dòng)光圈鏡頭是否兼容的問題。但當(dāng)工程中的監(jiān)控點(diǎn)在室外時(shí),采用帶自動(dòng)光圈的鏡頭是必要的,因?yàn)槭彝獾墓饩€的動(dòng)態(tài)

6、范圍變化較大,夏日陽光下環(huán)境照度達(dá)50000Lx-100000Lx;夜間路燈時(shí)僅為10Lx,變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機(jī)無論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即通過攝像機(jī)本身的電子快門已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍,也就無法達(dá)到控制圖像效果的作用.在電視監(jiān)控系統(tǒng)中如何根據(jù)現(xiàn)場被監(jiān)視環(huán)境,正確選用攝像機(jī)鏡頭是非常重要的,因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(tǒng)組成后在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視面畫的效果能否滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求(就畫面范圍或圖像細(xì)節(jié)而言,所以正確的選用攝像機(jī)鏡頭可以使系統(tǒng)得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)并可獲得良好的監(jiān)視效果.攝像機(jī)鏡頭就光圈而言可分為手動(dòng)光圈鏡頭及自動(dòng)光圈鏡頭兩種,就焦距而言又可分為定焦鏡頭及變焦鏡頭

7、兩種.1、手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定。對(duì)于在環(huán)境照度恒定的情況下,如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里、無陽光直射的房間內(nèi),均可選用手動(dòng)光圈鏡頭,這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實(shí)際照度,一次性整定鏡頭光圈大小,獲得滿意亮度畫面即可.對(duì)于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況,如隨日照時(shí)間而照度變化較大的門廳、窗口及大堂內(nèi)等,均需選用自動(dòng)光圈鏡頭(必須配以帶有自動(dòng)光圈鏡頭插座的攝像機(jī),這樣便可以實(shí)現(xiàn)畫面亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié),獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫面。對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭的控制信號(hào)又可分為DC及VIDEO控制兩種,即直流電壓控制及視頻信號(hào)控制。這在自動(dòng)光圈鏡頭的類型選用上

8、,攝像機(jī)自動(dòng)光圈鏡頭插座的連接方式上,以及選擇自動(dòng)光圈鏡頭的驅(qū)動(dòng)方式開關(guān)上,三者注意協(xié)調(diào)配合好即可.2、定焦、變焦鏡頭的選用定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監(jiān)視場景范圍的大小,以及所要求被監(jiān)視場景畫面的清晰程度.鏡頭規(guī)格(鏡頭規(guī)格一般分為1/3、1/2和2/3等一定的情況下,鏡頭焦距與鏡頭視場角的關(guān)系為:鏡頭焦距越長,其鏡頭的視場角就越小.在鏡頭焦距一定的情況下,鏡頭規(guī)格與鏡頭視場角的關(guān)系為:鏡頭規(guī)格越大,其鏡頭的視場角也越大。所以由以上關(guān)系可知:在鏡頭物距一定的情況下,隨著鏡頭焦距的變大,在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就越小,但畫面細(xì)節(jié)越來越清晰;而隨著鏡頭規(guī)格的增大,在系統(tǒng)末端

9、監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就增大,但其畫面細(xì)節(jié)越來越模糊。在鏡頭規(guī)格及鏡頭焦距一定的前提下,CS型接口鏡頭的視場角將大于C型接口鏡頭的視場角.鏡頭視場角可分為圖像水平視場角以及圖像垂直視場角,且圖像水平視場角大于圖像垂直視場角,通常我們所講的視場角一般是指鏡頭的圖像水平視場角.對(duì)于一般變焦(倍鏡頭而言,由于其最小焦距通常為6.0mm左右,故其變焦(倍鏡頭的最大視場角為45左右,如將此種鏡頭用于這種狹小的被監(jiān)視環(huán)境中,其監(jiān)視死角必然增大,雖然可通過對(duì)前端云臺(tái)進(jìn)行操作控制,以減少這種監(jiān)視死角,但這樣必將會(huì)增加系統(tǒng)的工程造價(jià)(系統(tǒng)需增加前端解碼器、云臺(tái)、防護(hù)罩等,以及系統(tǒng)操控的復(fù)雜性,所以

10、在這種環(huán)境中,不宜采用變焦(倍鏡頭.在開闊的被監(jiān)視環(huán)境中,首先應(yīng)根據(jù)被監(jiān)視環(huán)境的開闊程度,用戶要求在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景畫面的清晰程度,以及被監(jiān)視場景的中心點(diǎn)到攝像機(jī)鏡頭之間的直線距離為參考依據(jù),在直線距離一定且滿足覆蓋整個(gè)被監(jiān)視場景畫面的前提下,應(yīng)盡量考慮選用長焦距鏡頭,這樣可以在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上獲得一幅具有較清晰細(xì)節(jié)的被監(jiān)視場景畫面。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍鏡頭(電動(dòng)三可變鏡頭,這可根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)的性能價(jià)格比決定,在選用時(shí)也應(yīng)考慮兩點(diǎn):(1在調(diào)節(jié)至最短焦距時(shí)(看全景應(yīng)能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場景畫面的要求;(2在調(diào)節(jié)至最長焦距時(shí)(看細(xì)節(jié)應(yīng)能滿足觀察被監(jiān)視場景畫

11、面細(xì)節(jié)的要求。通常情況下,在室內(nèi)的倉庫、車間、廠房等環(huán)境中一般選用6倍或者10倍鏡頭即可滿足要求,而在室外的庫區(qū)、碼頭、廣場、車站等環(huán)境中,可根據(jù)實(shí)際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下,鏡頭倍數(shù)越大,價(jià)格越高,可在綜合考慮系統(tǒng)造價(jià)允許的前提下,適當(dāng)選用高倍數(shù)變焦鏡頭。3、正確選用鏡頭焦距的理論計(jì)算攝取景物的鏡頭視場角是極為重要的參數(shù),鏡頭視場角隨鏡頭焦距及攝像機(jī)規(guī)格大小而變化(其變化關(guān)系如前所述,覆蓋景物鏡頭的焦距可用下述公式計(jì)算:1f=u?D/U2f=h?D/Hf:鏡頭焦距、U:景物實(shí)際高度、H:景物實(shí)際寬度、D:鏡頭至景物實(shí)測距離、u:圖像高度、h:圖像寬度舉例說明當(dāng)選用1

12、/2鏡頭時(shí),圖像尺寸為u=4.8mm,h=6.4mm。鏡頭至景物距離D=3500mm,景物的實(shí)際高度為U=2500mm(景物的實(shí)際寬度可由下式算出H=1.333?U,這種關(guān)系由攝像機(jī)取景器CCD片決定。將以上參數(shù)代入公式(1中,可得f=4.8?3500/2500=6.72mm,故選用6mm定焦鏡頭即可攝像機(jī)鏡頭的作用是把被觀察目標(biāo)的光像呈現(xiàn)在攝像機(jī)的靶面上,也稱光學(xué)成像。將各種不同形狀、不同介質(zhì)(塑料、玻璃或晶體的光學(xué)零件(反射鏡、透射鏡、棱鏡按一定方式組合起來,使得光線經(jīng)過這些光學(xué)零件的透射或反射以后,按照人們的需要改變光線的傳輸方向而被接收器件接收,即完成了物體的光學(xué)成像過程。光學(xué)鏡頭應(yīng)滿

13、足成像清晰、透光率強(qiáng)、像面照度分布均勻、圖像畸變小、光圈可調(diào)等要求。一般來說每個(gè)鏡頭都由多組不同曲面曲率的透鏡按不同間距組合而成。間距和鏡片曲率、透光系數(shù)等指標(biāo)的選擇決定了該鏡頭的焦距。一、鏡頭分類攝像機(jī)鏡頭按其功能和操作方法分為常用鏡頭和特殊鏡頭兩大類。常用鏡頭又分為定焦鏡頭(自動(dòng)和手動(dòng)光圈和變焦鏡頭(自動(dòng)和手動(dòng)光圈。特殊鏡頭是根據(jù)特殊工作環(huán)境而專門設(shè)計(jì)的,一般有廣角鏡頭、針孔鏡頭等。二、鏡頭參數(shù)a、相對(duì)孔徑光圈的主要作用是通過控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大,靶面成像照度越大,攝像機(jī)輸出信號(hào)強(qiáng)度越大,信噪比越高。若光圈的實(shí)際孔徑為,由于光線通過透鏡后的折射使鏡頭的有效孔徑

14、D 比實(shí)際孔徑大,光圈的相對(duì)孔徑等于有效孔徑與鏡頭焦距之比,即:A=D/f,f 為鏡頭的焦距。b、光圈系數(shù)通常將表征鏡頭光圈大小的參數(shù)定義成光圈系數(shù),用F 表示。光圈系數(shù)為鏡頭光圈相對(duì)孔徑的倒數(shù)。F值的規(guī)律是后一個(gè)值正好是前一個(gè)數(shù)值的2 倍,這是由于成像面中心亮度與(1/F2成正比。F值越小相應(yīng)靈敏度越大。常用值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個(gè)等級(jí)。c、視場角我們常用視場角來表征觀察景物的范圍。所謂視場角是指在視場角內(nèi)的景物可全部落入成像尺寸內(nèi),而視場角以外的景物將不被攝取。因此,鏡頭的視場角與攝像機(jī)的靶面及鏡頭的焦距有關(guān)。根據(jù)幾何原理可以得到視場角的計(jì)算公式如下:H=2tg-1(h/2fV=2tg-1(v/2f式中H為水平視場角,V為垂直視場角,f 為鏡頭的焦距,h為攝像機(jī)靶面的水平寬度,v為攝像機(jī)靶面的垂直高度。具體數(shù)值可參閱攝像機(jī)一節(jié)。當(dāng)成像尺寸確定后,焦距越短,視場角越大。因此可將鏡頭分為長角鏡頭(視場角小于45、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(視場角為4550、廣角鏡頭(