光学镜头基础知识

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1、光学镜头基础知识光学镜头是摄像机中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣和效果。光学镜头规格繁 多，从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜 头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、 自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变（光圈、焦距、聚焦均可变）镜头等。 一、镜头的分类1、按结构上分1）、固定光圈定焦镜头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/COMS靶面上的图 像最清晰。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

2、宜。2）、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。3）、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和传动的微型电机，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CCD/CMOS 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。4手动光圈变焦镜头焦距可变的，有一

3、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23倍，焦距一般为3.68mm。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。5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，光圈、焦距、聚焦均可变。2、按场合上分：1）、标准镜头：视角约30度，人单眼

4、在头和眼不转动的情况下所能看到的视角，所以称为标 准镜头，使用范围较广。2）、广角镜头：视角90度以上，适用于拍摄距离近且范围大的景物，又能刻意夸大前景表现 强烈远近感即透视。3）、长焦镜头:，焦距可达几十毫米或上百毫米，适于拍摄距离远的景物，景深小容易使背景 模糊主体突出，但体积笨重。4）、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。5）、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。3、接口类型分1）、C型镜头法兰焦距是安装法兰到入射镜头的平行光的汇聚点之间的距离。法兰焦距为 17.526mm或 0.690英寸（图像传感器到镜头之间的法兰距），安装螺纹

5、为：1X1/32（即25.4mmX0.8mm）。2）、CS型镜头法兰焦距为12.5mm （图像传感器到镜 头之间的法兰距）。安装螺纹为：1X1/32（即 25.4mmX0.8mm）。3）、3U型镜头一种可变焦距的镜头，其法兰焦距为47.526mm或1.7913英寸，安装罗纹为M42X1mm。二、光圈常识镜头有一个控制透光量的装置，就叫光圈.光圈开的大，透光量便大；开的小，透光量便 小.但只靠光圈还不能完全描述作用于传感器上的光线强度，镜头与软片间的距离也有关系， 也就是和镜头的焦距有关系.焦距小光圈离软片较近，光线的作用便较强。光圈系数，光圈 系数是镜头焦距除以光圈的直径所得的值，用f表示.例

6、如有甲镜头的焦距为50mm，最大 光圈直径为25mm，则光圈系数是50 / 25 = 2，我们说它是f 2的镜头，镜头的光圈都已标 准化，就是 f1、f1.2、f1.4,f2、f2.8、f4、f5.6、f8、f11、f16、f22、f32 等。1、光圈的功能：1）、控制光量的透入：光线透过镜头射到传感器的强度是和光圈系数平方成反比，也就是相 邻两级的光圈作用传感器上的光线强度有两倍的关系。f 2是f 2.8的2倍2）、调节景深：所谓的景深，就是镜头对焦处前後所能成像清晰的范围，镜头焦距，光圈， 及被摄景物主体的距离有关，镜头焦距越短，光圈越小，被摄物的距离，景深越大清晰的范 围越大，反之亦然。

7、三、快门常识快门是控制曝光时间长短的机关，快门的功能有：1、开启时间的长短来控制透入光量的多寡。假若被摄体的明度和镜头的光圈不变，快门开启 时间长，作用於传感器的光量多，快门开启时间短，作用于传感器的光量少。快门开启时间 的长短叫做快门速度(Shutter speed)。为便于调整曝光，各种相机的快门速度分级都以标 准化，即 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/& 1/15,1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/4000,通常用B和T来表示，B为Bubble的缩写，代表按下快门钮时快门便开启，放松便 关闭。T是Time的缩写

8、，代表按下快门钮时快门便开启，再按一次才关闭。2、配合光圈曝光：摄影曝光正确，才能产生层次丰富细节清晰的照片。曝光要正确，必需将 快门速度和光圈适当配合。控制镜头进光量，需要由镜头的所谓孔径光阑(Diaphragm)来控 制。孔径光阑都是位于镜头内部，通常由多片可活动的金属叶片(称为光阑叶片)组成，可以 使中间形成的(近似)圆孔变大或者缩小，以达到控制通过光量大小的目的。四、镜头的光学特性主要包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数1、成像尺寸：镜头一般可分为1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等几种规格， 当前1/3英寸镜头是应用的主流，自动光圈镜头销售量最多，变焦镜

9、头是应用发展的趋势。， 选用镜头时一定要牢记一点：镜头的成像尺寸必须大于或等于摄像机靶面的尺寸，如果镜头 的成像尺寸大的话，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小。如果 镜头的成像尺寸小的话，就会影响成像。表现为成像的画面四周被镜筒遮挡在画面的四个角 上出现黑角，俗称为“偷窥”现象。2、焦距：经常会有用户提出该摄像机能看清多远的物体或该摄像机能看清多宽的场景等问 题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定。因为焦距决定了摄取图像的大小，用不同焦距 的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头则摄取的景物尺寸就大，反之配短焦距镜 头的则摄取的景物尺寸就小。当然被摄物体成像的清晰度还

10、与所选用摄像机的分辨率及监视 器的分辨率有关。3、相对孔径:镜头光圈一般用F表示,F取值以镜头的焦距/通光孔径d的比值来衡量,F=f/d， 每个镜头上均标有其最大的F值。镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之 分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合，手动光圈用于被照物光线稳定之处。自动光圈 镜头有二种驱动方式：一类为视频输入型Video driver（with Amp）,它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，这种视频输入型镜头内包含有放大器电路，用 以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制，另一类称为DC输入型（DC drive

11、rno Amp），它利用摄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。（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。）4、视场角：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

12、采用短焦距广角或超广角定焦镜头，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。正确选用镜头焦距的理论计算摄取景物的镜头视场角是极为重要的 参数，镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化，覆盖景物镜头的焦距可用下述公式 计算：（l）f=uD/Uf=hD/H f：镜头焦距、U：景物实际高度、H：景物实际宽度、D： 镜头至景物实测距离、u图像高度、h：图像宽度举例

13、说明：当选用1/2镜头时，图像尺 寸为u=4.8mm，h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm，景物的实际高度为U=2500mm（景物的实 际宽度可由下式算出H=1.333U ）。将以上参数代入公式（1）中，可得 f=4.83500/2500=6.72mm，故选用6mm定焦镜头即可。五、选择镜头的技术依据1、镜头的成像尺寸应与摄像机C C D靶面尺寸相一致，有1英寸、2 / 3英寸、1 / 2英寸、1 / 3英寸、1/4英 寸、摄像机靶面大小分为：1英寸靶面尺寸为宽12.7mmX高9.6mm,对角线16mm。2/3英寸靶面尺寸为宽8.8mmX高6.6mm,对角线11mm。1/2英寸靶面尺

14、寸为宽6.4mmX高4.8mm,对角线8mm。1/3英寸靶面尺寸为宽4.8mmX高3.6mm,对角线6mm。1/4英寸靶面尺寸为宽3.2mmX高2.4mm,对角线4mm。2、镜头焦距与视野角度首先根据摄像机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f确定后，则由摄像机靶 面决定了视野。3、光圈或通光量镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最 大的F值，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。六、不同种类镜头的应用范围1、手动光圈镜头：手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋 转此圈可使光圈收小或放大，适用于光照条件相对

15、稳定的条件下。2、自动光圈镜头：自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。 适用于在照明条件变化大的环境中或是用来监视某个固定目标，比如在户外或人工照明经常 开关的地方。七、決定鏡頭品質因素：1、采用镜片数目（多类型镜片组合可减少色偏改善焦聚等問題但会減少透光率）。2、镜片透光率（好镜片透光率佳价格贵,差镜片較会阻挡光线通过）。3、镀层与研磨（镜片镀层与研磨技术影响镜片品质）。4、机械裝置（镜头內部机械结构精密度影响镜片移动精確度及可靠度）。八、镜头工作原理简介：1、镜头是由许多凹凸镜片组合而成。2、各种不同数量的镜片经由有順序排列组合行程各种不同焦距之镜头。3、镜头內部有部分镜片为可移移式，以利得到宽广之使用范围。九、光学镜头的性能评价1、解像力：镜头的解像力指的是镜头对于被摄体的点像，它的再现能力。解像力的评估是 将逐渐变细的黑白条纹图表，以一定的倍率拍摄后，使用50倍的显微镜检视底片影像来进 行的。我们常听到解像力到达50线、100线这种数值表示，指的是底片上一毫米的宽度中， 可以清晰地再现出来的黑白条纹的线数。2、反差：摄影作品的鲜锐度，亦即明暗对比的程度。如黑与白的再现比很清晰，反差就大, 不清晰时反差就小。解像度和反差都很大的镜头，具备高鲜锐度和高清晰度的优点，就是一 般公认的高性能镜头。3、色彩平衡：透过镜头被拍摄的作品，与原被摄体相较它的色彩