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1、STUDENT FULFILLMENT1第三章 视频监控系统设备与技术第一节 前端设备与相关技术第二节 控制设备和材料第三节 视频监控的传输技术与材料第五节 视频存储设备与技术STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （一）镜头的基本概念 镜头的作用是从被摄物体收集光信号到摄像机光电传感器的光敏区。1镜头的组成镜头是由一组透镜和光阑组成的。透镜分为凸透镜和凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，所以也叫会聚透镜、正透镜。常用的凸透镜有双凸、平凸、正弯月三类， 变焦镜头既要使镜头的焦距在很大范围内连续可调，要保证成像面固定地落在摄像机光电传感器的光敏区。非球面镜头是镜片研磨的形状为
2、抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线， 具有变倍高、物距短、光圈大的特点。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （一）镜头的基本概念 2镜头的光阑能进入镜头成像的光束，其大小是由透镜框和其他金属框决定的。还要在镜头中设置一些带孔的金属薄片来限制光束，称为光阑。 光圈调节环调节镜头的进光量，调节环的转动带动镜头内的黑色叶片以光轴为中心作伸缩运动，这一套装置称为可变孔径光阑。 物方空间可以被镜头清晰成像的范围称为镜头的视场，镜头中限定成像面大小的光阑叫视场光阑。 不在中心轴上点的成像光束小于轴上点的成像光束，从而使成像面边缘的光照度降低而变暗，这种现象称为轴外点的渐晕。
3、对轴外点产生渐晕的光阑称为渐晕光阑。 由非成像物点射入镜头的光束或由折射面和镜头内壁反射产生的光束 称为杂光。 。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （二）镜头的基本参数镜头的基本参数有焦距、最大相对孔径、视场角、接口形式等。 1焦距（Focus）由物方射入一束平行光轴的光，经镜头后交于光轴F点，称为焦点。焦点到镜头中心的距离是焦距，焦距一般用f表示。焦点到镜头最后一面的距离称为镜头的后截距。变焦镜头的焦距是连续可变的，手动调焦镜头调节调焦环并不改变焦距。调焦环上标有0.5、1、2、4、表示物体距离为0.5m、1m、2m、4m、时调焦最好，图像最清晰。 STUDE
4、NT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （二）镜头的基本参数2相对孔径相对孔径A是入射光瞳直径D与焦距f之比。即A=D/f镜头都标出相对孔径最大值例如一个镜头标有“TV LENS 8mm 11.4”表示这是一个电视镜头，焦距为8mm，最大相对孔径是11.4，也就说镜头允许的最大入射光束直径为：81/1.4=5.7mm。为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。光圈是相对孔径的倒数，用F表示，F16就是相对孔径D/f=116，镜头调节环上将字母F省略，标有1.4、2、2.8、4、5.6、8是光圈数 F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的
5、情况下，F值越小，表示镜头越好。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （二）镜头的基本参数3视场角摄像机的光电传感器是43的矩形，宽为w、高为h，对角线长为d。镜头的水平视角w、垂直视角h、对角线视角d分别表示为：1/2镜头装在1/3摄像机上，摄像机的视角比镜头标明的视角小；1/3镜头装在1/2摄像机上，摄像机的图像不能充满监视器全屏幕。 一般的手动调焦镜头，调节调焦环时，视场角不变；而变焦镜头，调整变焦环时，视场角跟着改变。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （二）镜头的基本参数4C和CS安装接口C和CS安装接口是国际标准接口，对螺纹
6、长度、制造精度、公差有规定C和CS安装都是25.4mm（1英寸）-32UN英制螺纹连接，C型接口的装座距离（安装基准面至像面的空气光程）为17.526mm，CS型接口的装座距离为12.5mm。 C接口的镜头可以通过一个C型接口适配器再安装在CS接口的摄像机上，如果不用适配器强行安装会损坏摄像机的光电传感器。CS接口的镜头不能安装在C接口的摄像机上。有的摄像机有后截距调整环，允许使用C接口或CS接口的镜头。STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （三）镜头的其他参数1光圈（Aperture）光圈是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置。已经制造好的镜头不能改
7、变镜头直径，可在镜头内加多边形或圆型面积可变的孔状光栅来达到控制通光量的装置 。完整的光圈值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44， F64。光圈F值愈小，单位时间内进光量愈多，上一级的进光量是下一级的两倍。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （三）镜头的其他参数2快门（Shutter）快门是镜头前阻挡光线进来的装置，一般快门的时间范围越大越好。快门与光圈在一起，被称作确定曝光时间的重要机件。快门的种类有装在镜头部分的镜头快门，靠电子手段控制开闭时间的电子快门，靠近片膜的焦平面快门等。3景深（Dept
8、h of field）聚焦清晰物体前面到后面的一段距离内的所有景物也都当清晰的。焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。景深分为前景深和后景深，后景深大于前景深。景深越深，那么离焦点远的景物也能够清晰，而景深浅，离焦点远的景物就模糊。 。STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （三）镜头的其他参数4焦距、光圈、快门、景深之间的关系（1）景深的几个主要影响光学镜头能把一定纵深空间范围内景物在成像平面上呈现清晰图像 ，对应的空间距离就称为该镜头的成像的景深。景深主要与以下几个因素有关：光圈大小：镜头焦距、物距不变，光圈系数越大，景深范围越大；焦距长短：光圈、物距不变条件
9、下，镜头焦距越大，景深就越小。物距远近：镜头焦距、光圈不变条件下，物距越远，景深越大；STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （三）镜头的其他参数4焦距、光圈、快门、景深之间的关系（2）焦距的几个主要影响对于镜头来说，焦距有着非常重要的意义。焦距长短与成像大小成正比，焦距越长成像越大，焦距越短成像越小。焦距长短与视角大小成反比，焦距越长视角越小，焦距越短视角越大。焦距长短与景深成反比，焦距越长景深越小，焦距越短景深越大。焦距长短与透视感强弱成反比，焦距越长透视感越弱，焦距越短透视感越 强焦距长短与反差成反比，焦距越长反差越小，焦距越短反差越大。对焦距离越远景深越深，对焦
10、距离越近景深越浅。因此在拍摄远景时应该选择较大对焦距离的镜头，而在拍摄近景时则应该使用较小对焦距离的产品。STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （三）镜头的其他参数4焦距、光圈、快门、景深之间的关系（3）被摄物体的大小、距离与焦距的关系 设被摄物体高度和宽度分别为H、W，被摄物体与镜头间的距离为D，镜头的焦距为f。靶面成像的高度和宽度分别为h、w，计算公式如下： f=hD/H f=wD/W ；STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （四）镜头的自动控制 镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自
11、动调节。人为手工调节光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小的称为变焦镜头。焦距的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节的，称为手动变焦；镜头自带微型电机自动调整焦距与对焦的，称为自动变焦与对焦。镜头的自动控制通常表现为光圈的自动控制、焦距的自动控制聚焦的自动控制。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （四）镜头的自动控制1光圈自动控制室外环境照度变化范围远大于摄像机的自动增益控制范围，摄像机在室外应用时应该采用光圈能自动控制的镜头，即自动光圈镜头。自动光圈是指镜头内的隔膜装置，可根据
12、电视摄像机传来的视频信号自行调节，以适应光照强度的变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000-1到300000-1。 自动光圈镜头的控制原理与人眼控制进光的原理是相同的，可变孔径光阑相当于人眼的瞳孔，CCD光电传感器相当于人眼的视网膜。当人眼感到现场光线过强时，大脑控制肌肉动作使瞳孔收缩，以减少眼球的进光；当人眼感到现场光线太暗时，大脑控制肌肉动作使瞳孔扩张，以增加眼球的进光，这样视网膜上始终感受到的是合适的光强。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （四）镜头的自动控制（2）自动光补偿随环境照度的变化，自动改变镜头的光圈以
13、取得稳定的成像面，称为自动光补偿，简称为ALC（Automatic Light Compensation）。自动光圈镜头的光圈范围F=1.4360，因为照度与光圈的平方成反比，所以自动光补偿的动态范围为36021.42=66122，在被摄物体亮度变化6万多倍的情况下仍能保持电视图像的亮度稳定。（3）自动光圈镜头的驱动方式 摄像机的侧面有插座提供自动光圈镜头用的电源与视频控制信号。摄像机有自动光圈镜头选择开关，一端标VIDEO；另一端标DC。 Video 将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，镜头内含放大电路用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制。DC输入型它利用摄
14、像机上的直流电压来直接控制光圈，这种镜头内只包含电流计式光圈马达，摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性，但现已有通用型自动光圈镜头推出 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （四）镜头的自动控制2焦距的自动控制 目标距离不定时须用变焦镜头，根据现场情况调节焦距以摄取清晰的图像。 可以证明，两个焦距为f1和f2的相距为d的透镜组成的复合透镜的焦距为：变焦镜头是焦平面的位置固定，而焦路可连续调节的光学系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片，改变它们之间的相对位置而实现的。这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。 变焦镜头的“倍率”与焦距是两个不同的概念
15、，倍率是变焦镜头的最长焦距与最短焦距之比，是一个相对值。6倍镜头，常见的有636mm、742 mm、848 mm和8. 551 mm等 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （五）常用镜头的种类根据应用场合不同镜头的种类有所不同：广角镜头：视角在90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。标准镜头：视角在30度左右，使用范围较广。长焦镜头：视角在20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长 成像越大。针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。 根据变焦镜头参数可调整的项目划分有：三可变镜头：光圈、聚焦、焦距均需人为调节。 二可变镜头：通常是自动光圈镜头，而聚焦和焦距需人为调节。单可变镜头：一般是自动光圈和自动聚焦的镜头，而焦距需人为调节 。 STUDENT FULFILLMENT一、镜头及其选择应用技术 （六）镜头的选型与应用1镜头的选配的基本原则（1）六个基本要素被摄物体的大小、被摄物体的细节尺寸、物距、焦距、CCD摄像机靶面的尺寸、镜头及摄像系统的分辨率 （2）尽量少用变焦镜头变焦镜头分辨率、像差、像场亮度均匀性、几何失真、光谱特性等指标差 。变焦镜头及其控制电路的可靠性比固定焦距镜头的低得多。监控人员主要精力放在目标的监视上，不会花费
