镜头的基础知识.doc

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1、 镜头的基础知识摄像机镜头的作用是把被观察目标的光像呈现在摄像机的靶面上，也称光学成像。将各种不同形状、不同介质（塑料、玻璃或晶体）的光学零件（反射镜、透射镜、棱镜）按一定方式组合起来，使得光线经过这些光学零件的透射或反射以后，按照人们的需要改变光线的传输方向而被接收器件接收，即完成了物体的光学成像过程。 光学镜头应满足成像清晰、透光率强、像面照度分布均匀、图像畸变小、光圈可调等要求。一般来说每个镜头都由多组不同曲面曲率的透镜按不同间距组合而成。间距和镜片曲率、透光系数等指标的选择决定了该镜头的焦距。 一、镜头分类 摄像机镜头按其功能和操作方法分为常用镜头和特殊镜头两大类。常用镜头又分为定焦镜

2、头（自动和手动光圈）和变焦镜头（自动和手动光圈）。特殊镜头是根据特殊工作环境而专门设计的，一般有广角镜头、针孔镜头等。 二、镜头参数 a、相对孔径 光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度。光圈越大，靶面成像照度越大，摄像机输出信号强度越大，信噪比越高。若光圈的实际孔径为，由于光线通过透镜后的折射使镜头的有效孔径D 比实际孔径大，光圈的相对孔径等于有效孔径与镜头焦距之比，即：A=D/f，f 为镜头的焦距。 b、光圈系数 通常将表征镜头光圈大小的参数定义成光圈系数，用F 表示。 光圈系数为镜头光圈相对孔径的倒数。F值的规律是后一个值正好是前一个数值的2 倍，这是由于成像面中心

3、亮度与（1/F）2成正比。F值越小相应灵敏度越大。常用值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等几个等级。 c、视场角 我们常用视场角来表征观察景物的范围。所谓视场角是指在视场角内的景物可全部落入成像尺寸内，而视场角以外的景物将不被摄取。因此，镜头的视场角与摄像机的靶面及镜头的焦距有关。 根据几何原理可以得到视场角的计算公式如下：H2tg-1（h/2f） V2tg-1（v/2f）式中H为水平视场角，V为垂直视场角，f 为镜头的焦距，h为摄像机靶面的水平宽度，v为摄像机靶面的垂直高度。具体数值可参阅摄像机一节。当成像尺寸确定后，焦距越短，视场角越大。因此可将镜头分为长角镜头（视场

4、角小于45）、标准镜头（视场角为4550）、广角镜头（视场角大于50）、超广角镜头（视场角接近180）、鱼眼镜头（视场角大于180 ）等。另外，我们还可以得到如下公式以计算其中任一未知项数据。 f/vD/V f/hD/H其中： f镜头焦距； D镜头至景物距离； h靶面宽度； H靶面高度。 三、镜头接口 镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。C型安装接口指从镜头安装基准面到焦点的距离为17.526mm，而CS型接口的镜头安装基准面到焦点距离为12.5mm。因此将C型镜头安装到CS接口摄像机时需要加装一个5mm厚的接圈。 简单的说，摄像机的镜头数值越大，看得越远、越窄；摄像机镜头的数值越小，看

5、得越近、越宽。 常用摄像机镜头的广角范围安防监控镜头的种类多种多样，规格也多的让人眼花缭乱，在监控项目中选择一款合适的镜头是十分重要的。同时，在安装调试过程中要注意哪些因素，在工程中镜头出现了问题又该如何解决？本刊编辑针对以上问题搜集了大量信息，整理成文供读者参考。 选择镜头时为何要考虑CCD靶面的尺寸? 在选择镜头时，我们通常要注意一个原则：即小尺寸靶面的CCD可使用对应规格更大的镜头，反之则不行。如果1/2 CCD摄像机采用对应1/3镜头，则进光量会变小，不能完全覆盖整个CCD靶面，色彩会变差，甚至图像也会缺损；反之，如果1/3CCD摄像机采用对应1/2镜头，进光量会变大，就可以完全覆盖整

6、个CCD靶面，色彩会变好，图像效果肯定会更好。但是在使用过程中，一般还是选规格相统一的产品，如1/2CCD摄像机选用对应1/2镜头，1/3CCD摄像机选用对应1/3镜头。 为什么在工程应用中镜头无法清晰聚焦? 许多工程商反映，在工程应用中经常会碰到镜头无法清晰聚焦的问题，即使调试了摄像机的后焦距，问题也依然存在。通常，我们遇到这样的问题时，首先应该想到的是镜头接口的类型是否统一。常用摄像机，都是CS接口，在安装镜头时，如果是C接口镜头要加一个5mm接圈（通常叫C接圈），否则不能正常聚焦。注意，用C型镜头直接往CS接口摄像机上旋入时极有可能损坏摄像机的CCD芯片。如果摄像机是C接口类型，则必须选

7、用C接口镜头，而CS镜头是不能安装的。 安装镜头时如何调节后焦距? 后焦距指的是安装镜头时，能使被摄景物经镜头成像后恰好在CCD靶面上。有些摄像机在出厂时没有调整好CCD位置，怎么调整镜头都不能清晰成像，就需调整摄像机后焦。在绝大多数摄像机接电动变焦镜头的场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。 1、拧松摄像机的后焦调节环固定螺丝（也有一些摄像机是直接通过调整侧面的螺丝来调节的）； 2、调整变焦镜头到最大远摄位置，用镜头上的聚焦环来设定焦点，直到图像最清晰； 3、调整变焦镜头到最大广角（WIDE短焦，此时镜头毫米数最小，通过摄像机看到的物体也最小）位置，旋转后焦调节环，直到图像最清晰； 4、

8、重复步骤2和3，直到从远摄转换到广角时图像保持在焦点位置。设定完成后，拧紧后焦调节环。 注意：在进行后焦调节的时候，请务必保证镜头的光圈在最大打开位置（目的是缩小景深，以准确找到成像焦点），否则将会出现在光线较强的环境时，图像清晰，而在光线较暗的环境时，图像模糊。 注意：摄像机接通电源前请先安装好镜头，以防止摄像机接通电源时，强光照射到CCD感光靶面上，导致CCD感光器件烧毁。为什么镜头使用一段时间后图像变模糊？ 在工程应用中，出现图像模糊的问题也是比较常见的。出现这种问题的原因有很多。一是可能镜头外壳采用的材质经不起室外温差的影响，热胀冷缩造成了水雾进入到镜头内部，使画面变得模糊。也可能是镜

9、头加工工艺不高，密封性不好，水珠凝结在镜片上造成的。一般镜头内部组件都有添加润滑油，当监控环境温度升高时，润滑油有可能挥发凝结到镜片上，使图像变模糊。出现这些问题一般需要直接与厂家进行沟通，比较难直接得到解决。 为什么光圈无法正常打开关闭？ 如果说光圈无法正常打开，首先应该想到的是光圈驱动接线是否正确，如果接线接反了，光圈是无法打开的。一般来说，真正好的镜头在内壁上都涂有一种特殊的矿油（阻尼油），它不易流动而且润滑能力强。而其它油添加少了不能达到润滑作用，添加多了又会在镜头内部流动，有时会堵塞自动光圈的羽毛状叶片造成自动光圈无法正常打开关闭。 为什么到了晚上镜头的效果变差？ 有一些工程商可能遇

10、到过这样的情况，在商业街上安装摄像机，白天的时候将摄像机调试到了最佳状态，结果到了晚上图像变得模糊。其实原因很简单，商业街的霓红灯多数为卤素光源，70%的光线为红外光，当晚上霓虹灯开启的时候，由于红外光和可见光不能聚焦到同一焦平面上，因此造成图像模糊。要解决这一问题最好是采用IR镜头。IR镜头与普通镜头的镜片采用的玻璃材质是不一样，镀膜技术也不一样，可以很好地解决这个问题。 镜头还会出现的哪些问题？ 在工程中，许多工程商可能常常碰到以下问题：如普通小镜头DC光圈打不开；电动变焦镜头AI光圈不起作用，或是变焦、聚焦不起作用；镜头接线错误或是摄像机菜单调整有误；甚至有些镜头的问题完全是运输过程中损

11、坏造成的，或者是镜头的螺纹口在施工过程中被拧坏了。镜头一旦出现了这些问题，基本上要寄回厂家去由专业人员来维修，千万不要擅自拆卸维修。 在安装大变倍镜头时需要注意什么？ 大变倍镜头主要应用在森林、港口和边防等特殊场所，它观测距离十分大，因此体积也十分庞大，重量一般也有45KG，比摄像机重得多。因此，在安装时，要先用支架固定好镜头，然后把摄像机拧到镜头上去。这样安装可以说是最方便最快速的方法。 选购镜头时要注意哪些因素？ 1、选购时要防假货。2、要与摄像机匹配，特别是光通量F值的匹配，使摄像机灵敏度能达到预期效果。 3、百万像素摄像机一般都要选购匹配的对应百万像素镜头。 4、看外观材质，是否与CC

12、D规格和接口匹配，看镀膜是否好，看镜片类型（球面/非球面）。 5、应用环境考虑，镜片类型涉及到选广角镜头、标准镜头、长焦镜头、变焦镜头、定焦镜头。 6、镜头的质保时间。 7、亲自测试一下镜头品质。 近年来，用于室外监控的电动变焦镜头在市场上逐渐兴起，但大多数工程商对其核心技术并不了解，本文就目前市场上热门的3-CAM技术、透雾功能、ED超低色散镜片等方面与您进行详细分析。谈到电动变焦镜头，人们很容易就想到体积大、重量可观的大家伙，以及与安装的摄像机那种不协调的比例。电动变焦镜头的发展，经历了短焦100mm以下中焦300mm左右长焦700mm以上的过程，不论从市场还是技术方面都已经逐渐成熟。由于

13、市场和技术的发展，100mm以下的市场已经被一体化摄像机垄断，所以我们讨论的重点放在中、长焦系列的镜头上面。 随着市场需求的不断提高，电动变焦镜头的焦距随之不断加长。从100mm到200mm再到300mm逐渐发展而来，现在成熟的产品已经做到了750mm。长焦镜头的发展，使单点监控的范围由“米”为单位发展到以“公里”为单位成为可能。但是，镜头设计的复杂度也成倍上升，使得在短焦时无关紧要的问题被逐渐放大，同时，新的技术问题也接踵而来。如何在客户需要和技术瓶颈中找到平衡，已成为了各家厂商思考的热点问题。 电动变焦镜头尤其是长焦镜头，为了得到更好的监控效果，一般会安装在比较高的位置，这样可以得到更好的

14、视角。而且，很多产品是安装在野外，天气的大幅变化对设备在各种气候下的适应能力也有了更高的要求，这些都给维护带来了麻烦。因此，有一个质量稳定可靠的产品才能减少维护成本，保证监控的不间断进行。于是，有实力的厂商引进了一些高端镜头行业采用的技术来提高产品性能。如3-CAM技术的应用就是这种趋势的代表。3-CAM技术的出现，彻底放弃了目前行业内普遍采用的传统的3轨道技术。 3-CAM技术的特点 1、解决了光学偏心 3轨道技术由于采用轨道的方式来保持变焦时镜片在一条主轴上运动。这种技术在短焦镜头中应用没有什么问题，因为镜片的相对位移比较短，目前的生产工艺可以基本保证镜片在移动时不偏离主轴。但在长焦镜头中

15、，尤其是在300mm以上的变焦镜头中，这种镜片依靠轨道直线推进的结构可能会使镜片在移动过程中发生偏离主轴的情况。 由于3-CAM技术不需要轨道来定位镜片，其镜片移动时采用螺旋推进，即镜片围绕主轴旋转前进，所以不会发生偏心的情况。这种技术特别适合于制作长焦、大变倍的镜头。 2、可延长使用寿命由于3-CAM技术是利用镜片边缘的“销”结构在一个经过严密设计的光滑的弧形滑道上运动，不会有任何的硬性摩擦，所以机械磨损非常小。这种减少的摩擦，可以大大延长电机的寿命，同时可以降低电机的驱动电压。有些高档镜头甚至可以使用1.5V的电压来驱动镜头电机，使电动镜头的镜片移动非常平稳、缓慢。有利于在长焦时对物体的精细聚焦，拓宽了解码器对镜头变焦、聚焦等操作的速度变化范围。 3、镜头温度变化适应能力强 3-CAM技术的“销”结构可以减少摩擦，因而只需要在“销”结构使用极少的润滑油，就可以达到理想的润滑效果。而3轨道技术为了得到相同润滑效果，需要在轨道和螺纹边缘涂抹较多的润滑油。在我们这样一个幅员辽阔、横跨多个气候带的国家，南北温差极大。在南方高温天气下，润滑油会逐渐变为液态，进而发生“漏油”等情况。北方过多的润滑油会凝结而阻碍镜片的移