前端摄像机镜头的基础知识

01 基础知识

镜头的组成

镜头由一组或多组光学玻璃镜片组成，透过机械的结构以光学原理形成镜像，不同的镜片组合成像距离也各有长短。

镜头的作用

从被摄物体收集光信号到摄像机光电传感器的光敏区，是监控摄像机的眼睛。

镜头的分类

镜头的主要参数

镜头的像面尺寸选择

镜头像面尺寸必须大于等于传感器尺寸，镜头尺寸如果小于传感器尺寸，则会在图像四周出现黑边。

焦距和视场角

焦距：监控摄像机中，焦距是指从镜片中心到图像传感器靶面的距离。镜头焦距的长短决定着成像大小，视场角大小，景深大小等。 视场角：镜头在其接受元件上所能看到的空间范围叫做视场角，通常我们所讲的视场角一般是镜头的图像水平视场角。 镜头焦距与镜头视场角的关系：焦距与视场角是一一对应的，一个确定的焦距意味着一个确定的视场角，我们分两种情况来看： ①镜头成像尺寸一定时，镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小。 ②镜头焦距一定时，镜头成像尺寸越大，其镜头的视场角也越大。

不同焦距下成像效果

光阑和光阑系数

光阑：为了控制通过镜头的通光量大小，在镜头的后部均设置了一些带孔的金属薄片，称为光阑(俗称光圈)。 光阑系数：镜头的通光量以镜头的焦距f和通光孔径D的比值来衡量，称为光阑系数，以F为标记，F=f/D。每个镜头上都标有最大F值，如F1,F2,F2.8等。

光阑大小F与通光量的关系

F值与光阑大小以及通光量大小的关系(焦距一定时)，通光量与F值的平方成反比关系。 F值越小，光阑越大，到达摄像机sensor靶面的通光量就越大。

不同F值的镜头通光量比较

景深

对被摄物体聚实焦点时，聚实点前后一定范围内看上去景物都是清晰的，这个前后的一定范围就成为景深。

影响景深的因素：

①焦距。焦距越长，景深越浅;焦距越短，景深越深。

②物距。距离越近，景深越浅;距离越远，景深越深。

③光圈。光圈越大，景深越浅;光圈越小，景深越深。

镜头接口类型

02 镜头选型

镜头像面尺寸选择

镜头焦距的选择

估算法(适用于4nm以上的镜头)：某人距离摄像机10米。 ①要看清人脸，用20mm左右的镜头。 ②要看清人体轮廓，用10mm左右的镜头。 ③要监控人的活动画面，用5mm左右的镜头。

各类焦距效果

手动、自动光圈镜头

手动光圈镜头：适用于光线基本保持恒定的室内场所。手动光圈是最简单的镜头，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。 自动光圈镜头：适用于光线变化大环境，如户外或人工照明经常开关的地方。自动光圈镜头目前分两类： ①视频驱动(VIDEO)驱动型，镜头本身含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。 ②直流(DC)驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈，只包含电流计式光圈马达，要求摄像机内有放大器电路。

定焦、变焦镜头

定焦镜头：一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所，一般分三类：

①短焦距镜头(焦距小于成像尺寸)，又称广角镜头，主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合。

②中焦距镜头(焦距与成像尺寸相近)，又称标准镜头，焦距的长度视sensor的尺寸而定。 ③长焦距镜头(焦距大于成像尺寸)，又称望远镜头，因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。

变焦镜头：又称变倍镜头，变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，一定范围内可以变换焦距，相当于若干个定焦镜头，可分为两种：

①手动变焦：有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整焦距，一般用在对监视现场的环境情况不十分了解，要求较为严格，用定焦镜头不易满足要求的场合 ②电动变焦：有两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距(Zoom);另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦(Focus)。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。

03 镜头调试

镜头的组成

1.确认镜头接口类型是否与摄像机接口一致

2.移开镜头防尘装置，连接上镜头

3.对于自动光圈镜头，还应将镜头的控制线连接到摄像机的自动光圈接口上

4.调节镜头变倍组，使镜头处于低倍的状态下(大视场角)，调摄像机靶面调节环(背焦调节)，使像面清晰

5.调节镜头聚焦组，确认镜头从低倍(大视角)到高倍(小视角)变化过程中，调节调焦组均能使像面处于清晰状态

注意事项

自动光圈镜头调节：关闭摄像机上电子快门及逆光补偿等开关，将摄像机对准欲监视的场景，调整镜头的光圈与对焦环，使监视器上的图像最佳。

手动光圈镜头调节：将摄像机的电子快门开关置于ON，并在应用现场最为明亮(环境光照度最大)时，将镜头光圈尽可能开大并仍使图像为最佳(不能使图像过于发白而过载)。

变焦镜头调节：应先调节镜头的焦距组(Far-Near)，再调节聚焦组(Wide-Tele)。