摄像机镜头的分类与应用 摄像机镜头选购的注意事项

一、基本概念

1、成象面：成象面是入射光通过镜头后所成象的平面，这个面是一个圆形。

2、CCD芯片：摄像机中用来将光信号转换成电信号的装置。摄像机说明书中常有1/2"、1/3"、2/3",指的是CCD芯片对角线的长度，单位是英寸。

3、焦距：是镜头到成象面的距离，单位是mm。

4、视角：就是视线的角度，也就是镜头能“看”多“宽”。

5、最小工作距离：是指从镜头到所能看清的物体之间的最短距离。

6、视野：是指镜头所能覆盖的有效工作区域。

7、景深：是指镜头所能成像的纵深范围。

二、镜头的分类

1、按外形功能分

按尺寸大小分 按光圈分 按变焦类型分 按焦距长矩分

球面镜头 1" 25mm 自动光圈 电动变焦 长焦距镜头

非球面镜头 1/2" 3mm 手动光圈 手动变焦 标准镜头

针孔镜头 1/3" 8.5mm 固定光圈 固定焦距 广角镜头

鱼眼镜头 2/3" 17mm

2、以镜头安装分类

镜头的安装方式有C型安装和CS型安装两种。

在电视监控系统中常用的镜头是C型安装镜头（in32牙螺纹座），这是一种国际公认的标准。这种镜头安装部位的口径是25. 4mm（in），从镜头安装基准面到焦点的距离是17. 526 mm。大多数摄像机的镜头接口则做成CS型，因此将C型镜头安装到CS接口的摄像机时需增配一个5 mm厚的接圈，而将CS镜头安装到CS接口的摄像机时就不需接圈。在实际应用中，如果误对CS型镜头加装接圈后安装到CS接口摄像机上，会因为镜头的成像面不能落到摄像机的CCD靶面上而不能得到清晰的图像，而如果对C型镜头不加接圈就直接接到CS接口摄像机上，则可能使镜头的后镜面碰到CCD的靶面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏，这一点在实用中需特别注意。

3、以摄象机镜头规格分类

摄象机镜头规格应视摄象机的CCD尺寸而定，两者应相对应。即 摄象机的CCD靶面大小为1／2英寸时，镜头应选1／2英寸。 摄象机的CCD靶面大小为1／3英寸时，镜头应选1／3英寸。 摄象机的CCD靶面大小为1／4英寸时，镜头应选1／4英寸。 如果镜头尺寸与摄象机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。

4、以镜头光圈分类

镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分,合摄象机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。

自动光圈镜头有两类：

一类是将一个视频信号及电源从摄象机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄象机上的直流电压来直接控制光圈，称为DC输入型。

自动光圈镜头上的ALC（自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，ALC已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成"白电平削波"现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ALC来变换画面。 另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：F＝f（焦距）／D（镜头实际有效口径），F值越小，则光圈越大。 采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是： 在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。 要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。 要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。

5、以镜头的视场大小分类

标准镜头：视角30度左右，在1／2英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为12mm，在1／3英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为8mm。 广角镜头：视角90度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。 远摄镜头：视角20度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。

变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。

可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。

变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。

针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。

6、从镜头焦距上分

短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。

中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视CCD的尺寸而定。

长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。

变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。

三、选择镜头的技术依据

1、焦距

镜头的焦距以毫米为计量单位，它与镜头所获得的观察视角互为因果，小焦距镜头具有大的观察视角，而长焦距镜头具有望远效果并具有窄小的观察视角。通常把和人眼观察的视角相似的镜头称作普通标准镜头。COMPUTAR的计算尺是一个估算焦距、被观察物体外形尺寸以及视角的便利工具。此外VM300取景器也是一款用于选择焦距的光学设备。

2、摄像机规格

摄像机映像传感器（CCD）的规格大小也影响着观察视角，在使用相同镜头的条件下，CCD越小获取的视角越小。对镜头的规格参数提出的要求是其所成图像能将映像传感器（CCD）全部覆盖，例如：

使用和摄像机同一规格的镜头或比摄像机规格大的镜头。这也意味着1/3规格的摄像机可以使用从1/3-1英寸整个范围内的镜头，该摄像机配接1/3 8mm的镜头同2/3 8mm的镜头所得到的观察视角是一样的。只是使用后一种镜头时由于更多利用了成型更精准镜头中心光路，所以可提供较好的图像质量和较高分辨率。

3、光圈值

镜头通常以镜头口径或光圈值进行计量，当镜头完全打开时定义为最大光圈（最小光圈数值），把镜头的有效口径调至最小时（不完全关闭时）的数值定义为最小光圈（最大光圈数值）。光圈值对最终图像有着诸多影响，光圈数值小，意味着该镜头在黑暗的环境下能通过更多的光线，使摄像机能够呈现更好的图像，而在高亮度或反射的环境下，具有高光圈数值的镜头将会避免摄像机成像“白化”，保持稳定的视频电平。所有自动光圈均配有中性不透明滤光片以增大光圈值。光圈值对景深也有直接影响。

4、景深

观察整个区域范围内能被清晰成像的区域被定义为景深。景深大意味着从靠近镜头的观察目标到无穷远之目标在所观察的整体区域中有更多区域能清晰成像，整体区域通常为从*近镜头的观察目标到无穷远。景深小就意味着只有较少部分区域可以清晰成像。景深的大小受诸多因素的影响，通常广角镜头比长焦镜头具有更大的景深，大的光圈值具有大的景深范围。对于自动光圈镜头而言，光圈的不断调整也意味着景深大小的相应变化，夜间自动光圈全部打开，此时的景深范围达到它的最小值，这也意味着白天清晰观察到的目标此时可能变得模糊。

5、自动和手动光圈

通常我们倾向于在光线变化大的室外使用自动光圈镜头，在光线基本保持恒定的室内场所使用手动光圈镜头。随着摄像机具有了电子快门可以进行电子补偿，现在也可以在光线变化的场所使用手动光圈镜头，然而对于这种使用形式有些因素需要予以考虑，光圈数值的设定变得更为严格，如果为使摄像机能在夜间工作而将光圈开启到最大，将会使得景深范围很小，导致即使在白天也很难获取清晰的图像，摄像机虽可以保持输出电平的稳定，但不能相应的保持景深的大小。如若为了增大景深而关小光圈，那摄像机在较暗环境下的表现就要打折扣。

6、视像驱动和直接驱动

自动光圈镜头必须通过控制光圈的操作以达到最佳的图像效果。

视频驱动自动光圈镜头内含放大电率，可将摄像机的视频信号进行转换从而对光圈进行控制。

直接驱动的自动光圈镜头由于只含了检流计型光圈马达，价格较视频驱动型便宜，但要求其所使用的摄像机必须内置放大电路。选择两种自动光圈镜头依据是其所使用的摄像机具有何种自动光圈驱动形式，通常现今情况下摄像机均具有两种驱动形式。

7、C型和CS型接口

现在的摄像机和镜头通常都是CS型接口，CS型摄像机可以和C型和CS型的镜头相配接，一旦C型镜头配接时，需要在摄像机和镜头之间加接5mm接配环以获得清晰的图像。C型接口的摄像机不能同CS型的镜头相配接，因为实际上不可能使镜头的映像靠近CCD去获得清晰的图像。

四、变焦镜头（zoom lens）

1.变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。

伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。

典型的光学放大规格有6倍（6.0~36mm,F1.2）、8倍（4.5~36mm,F1.6）、10倍（8.0~80mm,F1.2）、12倍（6.0~72mm,F1.2）、20倍（10~200mm,F1.2）等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。

在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。

其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。

另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

2.镜头与摄像机CCD尺寸的关系

1/2"镜头既可用于1/2"摄像机，也可用于1/3"摄像机，但视角会减少25%左右。1/3"镜头不能用于1/2"摄像机，只能用于1/3"摄像机。

五、不同种类镜头的应用范围

1、手动、自动光圈镜头的应用范围

手动光圈镜头是的最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，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。

在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，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。

手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

2、 定焦距（光圈）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作用。

定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。

中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；

焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合；

焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物。

3、 手动光圈镜头可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可使用。

4、自动光圈镜头，（EF）可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。

5、电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。

六、焦距的计算：

1公式计算法：视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。

镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：

f=wL/W 2、f=hL/h

f；镜头焦距

w：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度）

W：被摄物体宽度

L：被摄物体至镜头的距离

h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度

H：被摄物体的高度

ccd靶面规格尺寸： 单位mm 规格

规格 1/3" 1/2" 2/3" 1"

W 4.8 6.4 8.8 12.7

H 3.6 4.8 6.6 9.6

由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3,当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。

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