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安防知識之鏡頭

發(fā)布時間：2018/2/24

攝像機鏡頭的作用是把被觀察目標的光像呈現(xiàn)在攝像機的靶面上，也稱光學成像。將各種不同形狀、不同介質(zhì)（塑料、玻璃或晶體）的光學零件（反射鏡、透射鏡、棱鏡）按一定方式組合起來，使得光線經(jīng)過這些光學零件的透射或反射以后，按照人們的需要改變光線的傳輸方向而被接收器件接收，即完成了物體的光學成像過程。

    光學鏡頭應(yīng)滿足成像清晰、透光率強、像面照度分布均勻、圖像畸變小、光圈可調(diào)等要求。

    一般來說每個鏡頭都由多組不同曲面曲率的透鏡按不同間距組合而成。間距和鏡片曲率、透光系數(shù)等指標的選擇決定了該鏡頭的焦距。

一、鏡頭分類

    攝像機鏡頭按其功能和操作方法分為常用鏡頭和特殊鏡頭兩大類。

    常用鏡頭又分為定焦鏡頭（自動和手動光圈）和變焦鏡頭（自動和手動光圈）。

特殊鏡頭是根據(jù)特殊工作環(huán)境而專門設(shè)計的，一般有廣角鏡頭、針孔鏡頭等。

二、鏡頭參數(shù)

(一)相對孔徑

    光圈的主要作用是通過控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大，靶面成像照度越大，攝像機輸出信號強度越大，信噪比越高。

若光圈的實際孔徑為ψ，由于光線通過透鏡后的折射使鏡頭的有效孔徑d 比實際孔徑大，光圈的相對孔徑等于有效孔徑與鏡頭焦距之比，即：a=d/f，f 為鏡頭的焦距。

(二)光圈系數(shù)

    通常將表征鏡頭光圈大小的參數(shù)定義成光圈系數(shù)，用f 表示。光圈系數(shù)為鏡頭光圈相對孔徑的倒數(shù)。f值的規(guī)律是后一個值正好是前一個數(shù)值的√2 倍，這是由于成像面中心亮度與（1/f）2成正比。f值越小相應(yīng)靈敏度越大。常用值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等幾個等級。

(三)視場角

    我們常用視場角來表征觀察景物的范圍。所謂視場角是指在視場角內(nèi)的景物可全部落入成像尺寸內(nèi)，而視場角以外的景物將不被攝取。因此，鏡頭的視場角與攝像機的靶面及鏡頭的焦距有關(guān)。

    根據(jù)幾何原理可以得到視場角的計算公式如下：

    ωh＝2tg-1（h/2f）        ωv＝2tg-1（v/2f）

    式中ωh為水平視場角，ωv為垂直視場角，f 為鏡頭的焦距，h為攝像機靶面的水平寬度，v為攝像機靶面的垂直高度。具體數(shù)值可參閱攝像機一節(jié)。

    當成像尺寸確定后，焦距越短，視場角越大。因此可將鏡頭分為長角鏡頭（視場角小于45°）、標準鏡頭（視場角為45°～50°）、廣角鏡頭（視場角大于50°）、超廣角鏡頭（視場角接近180°）、魚眼鏡頭（視場角大于180° ）等。

    另外，我們還可以得到如下公式以計算其中任一未知項數(shù)據(jù)。

    f/v＝d/v             f/h＝d/h

其中：f———鏡頭焦距；d———鏡頭至景物距離；h———靶面寬度；h———靶面高度。

三、鏡頭接口

    鏡頭的安裝方式有c型安裝和cs型安裝兩種。c型安裝接口指從鏡頭安裝基準面到焦點的距離為17.526mm，而cs型接口的鏡頭安裝基準面到焦點距離為12.5mm。因此將c型鏡頭安裝到cs接口攝像機時需要加裝一個5mm厚的接圈。

四、鏡頭的發(fā)展

    鏡頭是影響圖像品質(zhì)的重要關(guān)鍵，如果鏡頭品質(zhì)不佳，自然難拍攝出清晰的畫面，傳統(tǒng)的攝像機鏡頭所采用的鏡片，可以通稱為球面鏡頭，這是以鏡頭內(nèi)鏡片的表面曲線為球面形狀來命名的。顧名思義，非球面鏡頭就是采用了不同于球面曲線的技術(shù)，也就是鏡片研磨的形狀為拋物線、二次曲線、三次曲線或高次曲線，這將依據(jù)設(shè)計功能上的不同而會有不同形狀的曲線，因此統(tǒng)稱為非球面鏡頭。

    傳統(tǒng)球面鏡頭為了校正相差、色差、球差、彗差、畸變、相散等問題，必須采用多片鏡片來校正，這使得鏡頭的體積變的較大，由于每個鏡片多少會有精度上的誤差，因此要達到理想值并不容易，非球面鏡頭由于在設(shè)計時便已經(jīng)考量到校正的因素，因此可以減少鏡片的數(shù)量，使得鏡頭的精度更佳、清晰度更好、色彩還原更為準確，鏡頭內(nèi)的光線反射得以降低，鏡頭體積也可以縮小。

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