光學(xué)鏡頭的選擇及主要參數(shù)

攝像頭鏡頭是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的質(zhì)量（指標(biāo)）優(yōu)劣直接影響攝像頭的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像頭鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。
顯微鏡鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，如果沒有晶狀體，人眼看不到任何物體；如果沒有鏡頭，那么攝像頭所輸出的圖像就是白茫茫的一片，沒有清晰的圖像輸出，這與我們家用攝像頭和照相機(jī)的原理是一致的。當(dāng)人眼的肌肉無法將晶狀體拉伸至正常位置時(shí)，也就是人們常說的近視眼，眼前的景物就變得模糊不清；攝像頭與顯微鏡鏡頭的配合也有類似現(xiàn)象，當(dāng)圖像變得不清楚時(shí)，可以調(diào)整攝像頭的后焦點(diǎn)，改變CCD芯片與鏡頭基準(zhǔn)面的距離（相當(dāng)于調(diào)整人眼晶狀體的位置），可以將模糊的圖像變得清晰。 由此可見，鏡頭在閉路監(jiān)控系統(tǒng)中的作用是非常重要的。
工程設(shè)計(jì)人員和施工人員都要經(jīng)常與鏡頭打交道：設(shè)計(jì)人員要根據(jù)物距、成像大小計(jì)算鏡頭焦距，施工人員經(jīng)常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，其中一部分就是把鏡頭調(diào)整到最佳狀態(tài)。
1、鏡頭的分類

按外形功能分	按尺寸大小分	按光圈分	按變焦類型分	按焦距長(zhǎng)矩分
球面鏡頭	1”25mm	自動(dòng)光圈	電動(dòng)變焦	長(zhǎng)焦距鏡頭
非球面鏡頭	1/2”3mm	手動(dòng)光圈	手動(dòng)變焦	標(biāo)準(zhǔn)鏡頭
針孔鏡頭	1/3”8.5mm	固定光圈	固定焦距	廣角鏡頭
魚眼鏡頭	2/3”17mm

 (1) 以鏡頭安裝分類所有的攝像頭鏡頭均是螺紋口的，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即C安裝座和CS安裝座。兩者螺紋部分相同，但兩者從鏡頭到感光表面的距離不同。 
C安裝座：從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是17.526mm。 
CS安裝座：特種C安裝，此時(shí)應(yīng)將攝像頭前部的墊圈取下再安裝鏡頭。 其鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離是12.5mm。如果要將一個(gè)C安裝座鏡頭安裝到一個(gè)CS安裝座攝像頭上時(shí)，則需要使用鏡頭轉(zhuǎn)換器。 
(2) 以攝像頭鏡頭規(guī)格分類攝像頭鏡頭規(guī)格應(yīng)視攝像頭的CCD尺寸而定，兩者應(yīng)相對(duì)應(yīng)。 即攝像頭的CCD靶面大小為1/2英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/2英寸。 攝像頭的CCD靶面大小為1/3英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/3英寸。 攝像頭的CCD靶面大小為1/4英寸時(shí)，鏡頭應(yīng)選1/4英寸。 如果鏡頭尺寸與攝像頭CCD靶面尺寸不一致時(shí)，觀察角度將不符合設(shè)計(jì)要求，或者發(fā)生畫面在焦點(diǎn)以外等問題。 
(3) 以鏡頭光圈分類鏡頭有手動(dòng)光圈（manual iris）和自動(dòng)光圈（auto iris）之分，配合攝像頭使用，手動(dòng)光圈鏡頭適合于亮度不變的應(yīng)​​用場(chǎng)合，自動(dòng)光圈鏡頭因亮度變更時(shí)其光圈亦作自動(dòng)調(diào)整，故適用亮度變化的場(chǎng)合。
自動(dòng)光圈鏡頭有兩類：一類是將一個(gè)視頻信號(hào)及電源從攝像頭輸送到透鏡來控制鏡頭上的光圈，稱為視頻輸入型，另一類則利用攝像頭上的直流電壓來直接控制光圈，稱為DC輸入型。 自動(dòng)光圈鏡頭上的ALC（自動(dòng)鏡頭控制）調(diào)整用于設(shè)定測(cè)光系統(tǒng)，可以整個(gè)畫面的平均亮度，也可以畫面中最亮部分（峰值）來設(shè)定基準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度，供給自動(dòng)光圈調(diào)整使用。
一般而言，ALC已在出廠時(shí)經(jīng)過設(shè)定，可不作調(diào)整，但是對(duì)于拍攝景物中包含有一個(gè)亮度極高的目標(biāo)時(shí)，明亮目標(biāo)物之影像可能會(huì)造成"白電平削波"現(xiàn)象，而使得全部屏幕變成白色，此時(shí)可以調(diào)節(jié)ALC來變換畫面。
另外，自動(dòng)光圈鏡頭裝有光圈環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)光圈環(huán)時(shí)，通過鏡頭的光通量會(huì)發(fā)生變化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值為鏡頭焦距與鏡頭通光口徑之比，即：F＝ f（焦距）/D（鏡頭實(shí)際有效口徑），F(xiàn)值越小，則光圈越大。
采用自動(dòng)光圈鏡頭，對(duì)于下列應(yīng)用情況是理想的選擇，它們是：在諸如太陽光直射等非常亮的情況下，用自動(dòng)光圈鏡頭可有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。 要求在整個(gè)視野有良好的聚焦時(shí)，用自動(dòng)光圈鏡頭有比固定光圈鏡頭更大的景深。要求在亮光上因光信號(hào)導(dǎo)致的模糊最小時(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)光圈鏡頭。
(4) 以鏡頭的視場(chǎng)大小分類標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角30度左右，在1/2英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為12mm，在1/3英寸CCD攝像頭中，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距定為8mm。
廣角鏡頭：視角90度以上，焦距可小于幾毫米，可提供較寬廣的視景。
遠(yuǎn)攝鏡頭：視角20度以內(nèi)，焦距可達(dá)幾米甚至幾十米，此鏡頭可在遠(yuǎn)距離情況下將拍攝的物體影響放大，但使觀察范圍變小。
變倍鏡頭（zoom lens）：也稱為伸縮鏡頭，有手動(dòng)變倍鏡頭和電動(dòng)變倍鏡頭兩類。
可變焦點(diǎn)鏡頭（vari-focus lens）：它介于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與廣角鏡頭之間，焦距連續(xù)可變，即可將遠(yuǎn)距離物體放大，同時(shí)又可提供一個(gè)寬廣視景，使監(jiān)視范圍增加。 變焦鏡頭可通過設(shè)置自動(dòng)聚焦于最小焦距和最大焦距兩個(gè)位置，但是從最小焦距到最大焦距之間的聚焦，則需通過手動(dòng)聚焦實(shí)現(xiàn)。
針孔鏡頭：鏡頭直徑幾毫米，可隱蔽安裝。 
(5) 從鏡頭焦距上分短焦距鏡頭：因入射角較寬，可提供一個(gè)較寬廣的視野。
中焦距鏡頭：標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，焦距的長(zhǎng)度視CCD的尺寸而定。
長(zhǎng)焦距鏡頭：因入射角較狹窄，故僅能提供狹窄視景，適用于長(zhǎng)距離監(jiān)視。
變焦距鏡頭：通常為電動(dòng)式，可作廣角、標(biāo)準(zhǔn)或遠(yuǎn)望等鏡頭使用。
 
2、選擇鏡頭的技術(shù)依據(jù) 
(1) 鏡頭的成像尺寸應(yīng)與攝像頭CCD靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等規(guī)格。 
(2) 鏡頭的分辨率描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標(biāo)是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變，但對(duì)用戶而言，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計(jì)量單位，計(jì)算公式為：
鏡頭分辨率N＝180 / 畫幅格式的高度。
由于攝像頭CCD靶面大小已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如1/2英寸攝像頭，其靶面為寬6.4mm*高4.8mm，1/3英寸攝像頭為寬4.8mm*高3.6mm，因此對(duì)1/2英寸格式的CCD靶面，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對(duì)線/mm。 對(duì)1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對(duì)線，攝像頭的靶面越小，對(duì)鏡頭的分辨率越高。 
(3) 鏡頭焦距與視野角度首先根據(jù)攝像頭到被監(jiān)控目標(biāo)的距離，選擇鏡頭的焦距，鏡頭焦距f 確定后，則由攝像頭靶面決定了視野。 
(4) 光圈或通光量鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量，以F為標(biāo)記，每個(gè)鏡頭上均標(biāo)有其最大的F值，通光量與F值的平方成反比關(guān)系，F(xiàn)值越小，則光圈越大。 所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來選擇用手動(dòng)光圈還是用自動(dòng)光圈鏡頭。 

3、變焦鏡頭（zoom lens）
變焦鏡頭有手動(dòng)伸縮鏡頭和自動(dòng)伸縮鏡頭兩大類。 伸縮鏡頭由于在一個(gè)鏡頭內(nèi)能夠使鏡頭焦距在一定范圍內(nèi)變化，因此可以使被監(jiān)控的目標(biāo)放大或縮小，所以也常被成為變倍鏡頭。 典型的光學(xué)放大規(guī)格有6倍（6.0~36mm，F(xiàn)1.2）、8倍（4.5~36mm，F(xiàn)1.6）、10倍（8.0~80mm，F(xiàn)1.2）、12倍（6.0~72mm，F(xiàn)1 .2）、20倍（10~200mm，F(xiàn)1.2）等檔次，并以電動(dòng)伸縮鏡頭應(yīng)用最普遍。
為增大放大倍數(shù)，除光學(xué)放大外還可施以電子數(shù)碼放大。 在電動(dòng)伸縮鏡頭中，光圈的調(diào)整有三種，即：自動(dòng)光圈、直流驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈、電動(dòng)調(diào)整光圈。其聚焦和變倍的調(diào)整，則只有電動(dòng)調(diào)整和預(yù)置兩種，電動(dòng)調(diào)整是由鏡頭內(nèi)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而預(yù)置則是通過鏡頭內(nèi)的電位計(jì)預(yù)先設(shè)置調(diào)整停止位，這樣可以免除成像必須逐次調(diào)整的過程，可精確與快速定位。 在球形罩一體化攝像系統(tǒng)中，大部分采用帶預(yù)置位的伸縮鏡頭。
另一項(xiàng)令用戶感興趣的則是快速聚焦功能，它由測(cè)焦系統(tǒng)與電動(dòng)變焦反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成。 

4、鏡頭與攝像頭CCD尺寸的關(guān)系1/2"鏡頭既可用于1/2"攝像頭，也可用于1/3"攝像頭，但視角會(huì)減少25%左右。1/3"鏡頭不能用于1/2"攝像頭，只能用于1/3"攝像頭。
 
5、鏡頭的主要性能指標(biāo)有以下幾個(gè)： 
(1) 焦距焦距的大小決定著視場(chǎng)角的大小，焦距數(shù)值小，視場(chǎng)角大，所觀察的范圍也大，但距離遠(yuǎn)的物體分辨不很清楚；焦距數(shù)值大，視場(chǎng)角小，觀察范圍小，只要焦距選擇合適，即便距離很遠(yuǎn)的物體也可以看得清清楚楚。由于焦距和視場(chǎng)角是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)確定的焦距就意味著一個(gè)確定的視場(chǎng)角，所以在選擇鏡頭焦距時(shí)，應(yīng)該充分考慮是觀測(cè)細(xì)節(jié)重要，還是有一個(gè)大的觀測(cè)范圍重要，如果要看細(xì)節(jié)，就選擇長(zhǎng)焦距鏡頭；如果看近距離大場(chǎng)面，就選擇小焦距的廣角鏡頭。 
(2) 光闌系數(shù)即光通量，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。 
(3) 自動(dòng)光圈鏡頭自動(dòng)光圈鏡頭目前分為兩類：一類稱為視頻（VIDEO）驅(qū)動(dòng)型，鏡頭本身包含放大器電路，用以將攝像頭傳來的視頻幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)光圈馬達(dá)的控制。
 (4) 變倍鏡頭變倍鏡頭分為手動(dòng)（MANUAL ZOOM LENS）和電動(dòng)（AUTO ZOOM LENS）兩種，手動(dòng)變倍鏡頭一般用于科研項(xiàng)目而不用在閉路監(jiān)視系統(tǒng)中。

6、視場(chǎng)和焦距的計(jì)算視場(chǎng)指被攝取物體的大小，視場(chǎng)的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。 
(1) 焦距的計(jì)算鏡頭的焦距，視場(chǎng)大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計(jì)算如下：
f=wL/W
f=hL/h
f；鏡頭焦距w：圖象的寬度（被攝物體在CCD靶面上成象寬度） 
W：被攝物體寬度L：被攝物體至鏡頭的距離 
h：圖象高度（被攝物體在ccd靶面上成像高度）視場(chǎng)（攝取場(chǎng)景）高度
H：被攝物體的高度
CCD靶面規(guī)格尺寸：?jiǎn)挝籱m

規(guī)格	1/3"	1/2"	2/3"	1"
W	4.8	6.4	8.8	12.7
H	3.6	4.8	6.6	9.6

由于攝像頭畫面寬度和高度與電視接收機(jī)畫面寬度和高度一樣，其比例均為4:3，當(dāng)L不變，H或W增大時(shí)，f變小，當(dāng)H或W不變，L增大時(shí)，f增大。
舉例：假設(shè)用1/2”CCD攝像頭觀測(cè)，被測(cè)物體寬440毫米，高330毫米，鏡頭焦點(diǎn)距物體2500毫米。
由公式可以算出：由公式可以算出：
焦距f=6.4 * 2500 / 440≈36毫米或焦距f=4.8 * 2500 / 330≈36毫米當(dāng)焦距數(shù)值算出后，如果沒有對(duì)應(yīng)焦距的鏡頭是很正常的，這時(shí)可以根據(jù)產(chǎn)品目錄選擇相近的型號(hào)，一般選擇比計(jì)算值小的，這樣視角還會(huì)大一些。 
(2) 視場(chǎng)角的計(jì)算如果知道了水平或垂直視場(chǎng)角便可按公式計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)寬度和高度。 
W=2LtanQw/2 ( Qw：水平視角) 
H=2LtanQh/2 ( Qh：垂直視角)
水平視場(chǎng)角Qw（水平觀看的角度）
Qw =2tg-1(W/2L) Qw =2tg-1(W/2L)
垂直視場(chǎng)角Qh（垂直觀看的角度）
Qh =2tg-1(H/2L)
視場(chǎng)由寬（W）、高（H）和與攝像頭的距離（L）決定，一旦決定了攝像頭要監(jiān)視的景物，正確地選擇鏡頭的焦距就由來3個(gè)因素決定：視場(chǎng)由寬（W）、高（H）和與攝像頭的距離（L）決定，一旦決定了攝像頭要監(jiān)視的景物，正確地選擇鏡頭的焦距就由來3個(gè)因素決定：
l 欲監(jiān)視景物的尺寸 
l 攝像頭與景物的距離 
l 攝像頭成像器的尺寸

7、選配鏡頭的原則
為了獲得預(yù)期的攝像效果，在選配鏡頭時(shí)，應(yīng)著重注意六個(gè)基本要素：(1)被攝物體的大�。�(2) 被攝物體的細(xì)節(jié)尺寸；(3) 物距；(4)焦距；(5) CCD攝像頭靶面的尺寸；(6) 鏡頭攝像系統(tǒng)的分辯率