高清摄像镜头发展详情 - 全文

　　随着前些年开始流行的HDCVI技术与高清网络摄像机IPC的发展，前端摄像头从最初的标清逐步向高清、超高清发展，不仅像素方面有了突破性进展，镜头的成像品质也开始备受关注。而今265高效率压缩编解码技术的问世，让当初可望而不可及的4K高清画幅得以实现并不断成熟，这一传输技术上的重大突破，击碎了摄像机高清成像的平静，与此同时也再一次为摄像机前端的镜头提供了一个极其广阔的发展环境，此期间，大批量的超高清、高品质镜头如雨后春笋般涌现出市场，工业安防摄像头的像素与成像质量正在直逼民用单反摄像头。

　　安防摄像机的光学系统是典型的传统成像光学系统，主要有光电传感器 （Image Sensor）、镜头（Lens）和调焦机构组成，外界光线通过镜头的接收传递到Sensor表面，光信号经Sensor转变成电信号传递到后端处理，最终体现在显示器中。故镜头作为摄像机的最前端，其接收到的外界光线是摄像机收到的第一手信息，可见镜头在摄像机中所扮演角色的重要性。

　　一、带动式发展

　　镜头作为摄像机的最前端，其重要性不必赘述。265高效压缩解码技术与4K高清成像技术击碎了新一阶段的超高清成像的瓶颈，超高清成像的大门与之开启的同时也为安防摄像机的光学系统提出了更高的新需求;4/3 inch大靶面Image Sensor搭载1200万像素强势上市，预示着安防镜头的市场即将更新换代。

　　1. 高清画幅、超高像素。

　　随着大靶面Sensor时代的到来，超高像素的概念也被提升了一个档次，4/3inch有效成像面搭载1200万像素Image Sensor已经广泛应用到智能交通、平安城市等重要领域项目中;265高效压缩编码技术也在不断的考验中日剧成熟;而4K成像技术也给市场及用户带来了长久期待之外的惊艳效果。上述传输、成像技术的突破与大靶面Sensor的问世无形中也对镜头提出了高分辨率的需求。分辨率是指镜头再现被摄景物细节的能力，分辨率越高，画面越清晰细腻;反差是指再现被摄景物的反差细节、明暗层次的能力，反差越高，画面景物轮廓鲜明、边缘锐利、层次丰富、质感强烈、影调明朗。分辨率高而反差低的镜头，影像轮廓不清晰，反差灰暗，影调平淡，给人感觉反而不清晰。

　　2. 大Pixel、低噪声

　　高清画幅的大靶面不仅为我们带来了高像素的画质体验，其更重要的一点

　　是大靶面Sensor为每一个像素点提供了更大的空间;相对于之前的小Pixel Size Sensor，大Pixel所能接收到的光线更加充足，各个波段的光均能够较多的传递到Pixel上来，是画面色彩更加饱满;不仅如此，大Pixel的大空间给了Sensor生产工艺升级的宝贵机会，加之大Pixel所接收到有效光线增多，Sensor的信噪比会大幅度提升，这也为前端采图提供了有力的保驾护航。

　　3. 大光圈、可变光圈

　　如今安防监控日趋高清化、网络化，安防摄像机的应用也越来越广泛，很多监控条件差、光线昏暗且变化无常的地方需要安装功能多样的摄像机，尤其是需求满足全天候24小时监控的环境条件。对于夜晚等超低照度环境，如果镜头采集光线不够，会导致画面昏暗甚至全黑的情况，严重影响清晰度。摄像机低照度性能的提升，超大光圈镜头是关键技术之一。

　　如遇光线经常变化的环境，如车库门口的车牌识别摄像头经常被来往的车灯照射，可以选择可变光圈，根据外界光线环境不同随时调整光圈大小，控制进光量，故未来大光圈与新形势的可变光圈依旧是镜头未来发展的延续方向。

　　4. 夜间监控

　　目前安防监控行业越来越重视夜间低照度或者零照度的监控效果。目前较多的产品在低照度或者零照度环境下，需要依靠闪光灯补光进行拍摄，而很多国家不允许使用闪光灯，所以更加要依靠大Pixel Sensor 和大光圈镜头以及后端图像处理的支持。

　　同时，在保证日间像质的前提下，可以利用红外滤片功能，ED（低折射率高色散系数）玻璃较好地校正色差，提高日夜成像的共焦能力和像质。近年来，各大玻璃厂商也在竭力推广ED玻璃。

　　5. 超广角、大视场

　　安防行业正在向着高清化、网络化、智能化方向发展。其中大屏全景拼接

　　技术目前备受瞩目，即将多个摄像机所拍摄到的画面通过通过图像算法的处理并进行图像拼接，使之成为一张图片，以给人一种全景观测的体验。在实际项目中规划中摄像机所安放的位置、角度、个数直接影响全景成像的效果，综合效果、算法与成本方面的考虑，使用大视场角的广角镜头能够相对比较轻松的实现使用较少摄像机进行大画幅监控。不仅全景拼接技术，在一些视野开阔的广场，广角摄像机也能体现出它强大的优势，相对于普通摄像机，广角摄像机能够同一时间监控更大区域。

　　广角摄像头的最大弊端在于周边视场畸变较大，导致拍摄图像变形，且随着视场角的增大，图像变形愈加严重，不过目前后道图像畸变矫正技术已经比较成熟，图像变形已经无法限制广角镜头的发展和应用。

　　二、主动式发展

　　除上述为满足摄像机成像品质需求外，镜头本身也是有着巨大的发展潜力;

　　目前，亟待解决镜片成型方面的生产工艺，如玻璃镜片非球面的加工精度，以及镀膜技术对杂散光的遏制效果等。一直以来镜头的更新换代都是跟从摄像机或 Image Sensor上的新技术而专门定制的，若镜头生产工艺在现有基础上有所突破，不仅能够减少摄像机或者Image Sensor的研发设计压力，还有可能引领整个成像光学系统的发展。

　　1.高精度非球面镜片的沿用

　　顺应电子市场发展趋势，安防行业产品也会自然地趋于小型化发展，产品小型化在节省空间与外观精美的同时必须保证产品原有的功能和品质。

　　镜头的小型化首先要做的突破是镜片的小型化，传统的球面加工技术已经无法满足小尺寸镜片实现现有镜头光学效果需求，更新镜片加工工艺，制作高精度非球面镜片是镜片加工工艺的发展趋势。

　　非球面加工工艺可以校正球面像差，大幅度提高镜头的成像质量。非球面塑料镜片形状是通过精确设计计算并由精密模具注塑而成，其精度超高，而玻璃非球面镜片则是由精密的车床打磨完成，精度比注塑稍逊，一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。采用超精密模造非球面镜片的镜头可以有效地减小镜头体积的同时，使得镜头的成像更清晰，透光度更好，色彩还原更加准确。

　　非球面镜头能使边缘部分的光线与中央部分的光线都能穿过镜片聚焦到同一个平面，从而能清晰有效地利用整个镜片的表面，使整个镜片都能正确聚焦，相对使有效通光口径变大。有效通光口径增大，就能让更多的光线投射到Sensor感光面上，也相应于增加了灵敏度。并且，因为一片非球面镜片能顶替好几片一组的球面镜片，从而使摄像镜头的体积缩小、重量也减轻，又因光线经过的镜片少，因而使透光率大大增强，图像画面也变得细致明亮。非球面镜片的另一重要特点是可以改善镜片边缘部分对光的折射率，使镜头的边缘成像变好。而球面镜片，尤其高倍率球面镜头，更容易出现球差和图像失真，尤其光线在球面镜头边缘过折射引起的桶形失真，将非球面镜头用于高倍率的变焦镜头时，由于非球面镜头将边缘入射的光线按球面镜头失真的反方向进行了修正，从而有效地消除了桶形失真。非球面的设计修正了影像不清，视界歪曲、视野狭小等不良现象，使成像更清晰、细腻，通常用于广角和超广角镜头中，适合广场、停车场等大范围监控场所。

　　2.新型镀膜技术的问世

　　镜头的透光率是指镜头镜片的透光能力，主要决定因素是镀膜技术。镜头镀膜是利用真空蒸汽沉积技术在镜头上布置的一层极薄透明的膜，防反射的膜层能产生增透效果，透光率越高，透光量就越大，照度要求也就越低，在逆光摄影时，由于膜层影响，能使易产生的幻像和光晕降低到最小程度，尤其是在夜间监控条件下，照度的高低是一个夜间镜头品质的决定因素。

　　镜头镀膜是一般在镜片加工抛光完成后进行的重要生产流程，镜片涂层的主要类型包括纳米涂层、集成涂层、复合涂层和透明涂层，还有一些高性能涂层BBAR和高保真涂层，目前监控镜头以BBAR跟纳米涂层方式较多，其余大多用于DSC或单反相机镜头较多。镀膜涂料依每个厂家的技术出现差异，所有监控镜头涂层都不能保证完全一致，对此未来可能会出台相关标准予以管控。

　　3.摄像一体机

　　随着高精度注塑工艺的进步与模具精度的升级，镜头摄像机一体化已经逐渐成为监控摄像机的发展趋势，镜头在趋于小型化的同时，要满足镜头和摄像机实现一体化，虽然这对镜头的组装工艺会有很大影响，但一体机的快速聚焦功能和操控的灵活性会远远超过它繁琐的生产工艺。

　　结语

　　在光学领域，人们对成像光学乐此不疲的期待永远在于图像能否更加清晰，画面能否更加细腻;相对于之前单反镜头、手机镜头的像素攀升历史，加之现如今传输技术的突破与新一阶段高清成像的需求，安防镜头作为监控各个重要地区、重大事件的核心部件，必定沿着高清化趋势一路走下去;与此同时，镜头市场竞争日趋白热化，会迫使企业创新能力的增强。