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因地制宜的选择摄像机镜头

2012-10-17 11:08:08 htcview 16

 

产品导航:SDI摄像机SDI红外摄像机

 

  镜头作为监控系统中必不可少的部件,与CCD摄像机配合,可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。在电视监控系统中,如何根据现场的监视环境来正确选用摄像机镜头显得非常重要,它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言),合适的摄像机镜头可以使系统得到最优化设计并可获得良好的监视效果。目前市面上镜头市场厂家和型号种类繁多,各种规格让人眼花缭乱,如何选择一款满足自己需要的镜头呢?

  按结构分类

 

  镜头种类繁多,按结构来分可以分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头等类型,下面我们一一来作简单分析:

  固定光圈定焦镜头:简单。镜头只有一个可以手动调整的对焦调整环,左右旋转该环可使成像在CCD靶面上的图像最清晰。没有光圈调整环,光圈不能调整,进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变,只能通过改变视场的光照度来调整。结构简单,价格便宜。

  手动光圈定焦镜头:手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环,光圈范围一般从F1.2或F1.4到全关闭,能方便地适应被被摄现场地光照度,光圈调整是通过手动人为进行的。光照度比较均匀,价格较便宜。

  自动光圈定焦镜头:在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个齿轮合传动的微型电机,并从驱动电路引出3或4芯屏蔽线,接到摄像机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量变化时,摄像机CCD靶面产生的电荷发生相应的变化,从而使视频信号电平发生变化,产生一个控制信号,传给自动光圈镜头,从而使镜头内的电机做相应的正向或反向转动,完成调整大小的任务。

  手动光圈变焦镜头:焦距可变的,有一个焦距调整环,可以在一定范围内调整镜头的焦距,其可变比一般为2~3倍,焦距一般为3.6~8mm。实际应用中,可通过手动调节镜头的变焦环,可以方便地选择被监视地市场的市场角。但是当摄像机安装位置固定下以后,在频繁地手动调整变焦是很不方便的。因此,工程完工后,手动变焦镜头的焦距一般很少调整。仅起定焦镜头的作用。

  自动光圈电动变焦镜头:与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机,其中一个电机与镜头的变焦环合,当其转动时可以控制镜头的焦距;另一电机与镜头的对焦环合,当其受控转动时可完成镜头的对焦。但是,由于增加了两个电机且镜片组数增多,镜头的体积也相应增大。6电动三可变镜头与自动光圈电动变焦镜头相比,只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。

  本文中,我们将主要以使用环境不同来分析如何正确选用摄像机镜头。

  手动、自动光圈镜头的选用

  应该说,手动、自动光圈镜头的选用主要取决于使用环境照度是否恒定。对于在环境照度恒定的情况下,如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内,均可选用手动光圈镜头,这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度,一次性整定镜头光圈大小,获得满意亮度画面即可。而对于环境照度处于经常变化的情况,如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等,则需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机),这样可以实现画面亮度的自动调节,获得良好的较为恒定亮度的监视画面。

  对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种,即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上,摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上,以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上,三者注意协调配合好即可。

 

  定焦、变焦镜头的选用

  定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小,以及所要求被监视场景画面的清晰程度。

  镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情况下,镜头焦距与镜头视场角的关系为:镜头焦距越长,其镜头的视场角就越小(见图1所示);在镜头焦距一定的情况下,镜头规格与镜头视场角的关系为:镜头规格越大,其镜头的视场角也越大。所以由以上关系可知:在镜头物距一定的情况下,随着镜头焦距的变大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小,但画面细节越来越清晰;而随着镜头规格的增大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下,CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。

  镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。

  在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内,狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头,如选用镜头规格为1/2″,CS型接口,镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头,这些镜头视场角均不小于99°或127°,这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时,其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头如日产ComputarT2Z2814CS-2镜头,这种镜头为1/3″CS型接口手动光圈镜头,其焦距2倍可调(手动调焦)。调焦范围为2.8~6.0mm,视场角变化范围为96°~47.2°,这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用,在使用时可方便地根据实际需要,灵活实现对被监视场景的“点”或“面”的监视效果。

 

  对于一般变焦(倍)镜头而言,由于其最小焦距通常为6.0mm左右,故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右,如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中,其监视死角必然增大,虽然可通过对前端云台进行操作控制,以减少这种监视死角,但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器、云台、防护罩等),以及系统操控的复杂性,所以在这种环境中,不宜采用变焦(倍)镜头。

 

  在开阔的被监视环境中,首先应根据被监视环境的开阔程度,用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度,以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据,在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下,应尽量考虑选用长焦距镜头,这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头),这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定,在选用时也应考虑两点:(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求;(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下,在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求,而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中,可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可(一般情况下,镜头倍数越大,价格越高,可在综合考虑系统造价允许的前提下,适当选用高倍数变焦镜头)。

 

  实例分析

 

  在实际工程操作中,我们经常会碰到这个难题:有的摄像机看的太远了,近处的看不到了;有的摄像机看的方位太大,该看清的看不清了等此类情况,那么,如何选择使用什么变焦镜头?选择使用多少倍变焦?焦距多少才比较合适?

  根据镜头透射原理知识:f/d=h/h

  其中:f-镜头焦距单位:mmd-镜头及被拍摄物体的间距离单位:mh-镜头高度单位:mmh-监控现场高度摄像机摄取画面实际高度单位:m我们来举例:以一款1/4ccdw*h=3.6*2.7mm的摄像机为例,18倍光学变焦,f4.1mm~73.8mm。

  1,假定甲方想要看清楚一个人清晰大头像,那么这个距离是多少呢?

  首先我们先要弄清楚一个理念有过相机拍照经验人相比较轻松理解:想看清大头像,那么人脸部大约占画面1/2,人脸约0.25m,因此监控现场高度d=0.25*2=0.5m。

  代入公式计算:d1=4.1*0.5/2.7=0.76m

  d2=73.8*0.5/2.7=13.67m

  因此该款摄像机想看清楚人大头像,那么0.76m≤d≤13.67m。

  2,如果甲方条件不那么高,比如仅仅是需能看到整个人体为止,按人均身高1.65计算,人体应占画面1/2,因此监控现场高度d=2*1.65=3.3米。

  代入公式计算:d1=4.1*3.3/2.7=5.01m

  d2=73.8*3.3/2.7=90.2m

  这时候,5.01m≤d≤90.2m

  3,假定未选好摄像机,但甲方说要拍摄到清晰150米外人体,我们也能算下假定还是用1/4ccd:

  f=150*2.7/3.3=122.73mm,也就是要达到这种效果,选择使用摄像机最长焦距应该达到122.73mm,如果最短焦距是4mm,那么就是31倍变焦。