安防监控CCD靶面尺寸视角、距离、焦距-录像数据量

CCD 靶面尺寸划分靶面尺寸划分 摄像机摄像器件 CCD 的尺寸分为 1 英寸 1 2 英寸 1 3 英寸 1 4 英寸等 其中以 1 3 英寸和 1 2 英寸最 为常见 CCD 尺寸 水平 mm 垂直 mm 对角线 mm 1 英寸 12 7 9 6 16 2 3 英寸 8 8 6 6 11 1 2 英寸 6 4 4 8 8 1 3 英寸 4 8 3 6 6 1 4 英寸 3 6 2 4 4 镜头镜头焦距的确定焦距的确定 在选择镜头时 有以下五个因素确定镜头标准 1 监控现场的大小 2 被摄物体的大小 3 物距 4 焦距 5 CCD 靶面尺寸 前 4 点可由现场测量并通过计算来确定镜头的焦距标准 其计算方法如下 u 1 3 CCD F 4 8 L W 或 F 3 6 L H 焦距 F CCD 水平宽度 物距 物宽 或 焦距 F CCD 垂直高度 物距 物高 u 1 2 CCD F 6 4 L W 或 F 4 8 L H 其中 W 为被摄物体的宽度 H 为被摄物体的高度 L 为镜头到被摄物体间的距离 F 为镜头焦距 那么为何在镜头的选用中考虑 CCD 靶面的尺寸呢 为了从 1 3 与 1 2 CCD 摄像机中获取同样的视角 1 3 CCD 摄像机镜头焦距必须缩短 相反如果在 1 3 CCD 与 1 2 CCD 摄像机中采用相同焦距的镜头 情况又如何呢 1 3 CCD 摄像机视角将比 1 2 CCD 摄像机明显地减小 同时 1 3 CCD 摄像机的图像在监视器上将比 1 2 CCD 的图像放大 产生了使用长焦 距镜头的效果 另外我们在选择镜头时还要注意这样一个原则 即小尺寸靶面的 CCD 可使用大尺寸靶面 CCD 摄像机 的镜头 反之则不行 原因是 如 1 2 CCD 摄像机采用 1 3 镜头 则进光量会变小 色彩会变差 甚至图像 也会缺损 反之 则进光量会变大 色彩会变好 图像效果肯定会变好 当然 综合各种因素 摄像机最好还 是选择与其相匹配的镜头 3 正确 正确选选用用镜头镜头焦距的理焦距的理论计论计算算 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 其变化关 系如前所述 覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算 1 f u D U 2 f h D 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 1 333 U 这种关系由摄像机取景器 CCD 片决定 将以上参数代入公式 1 中 可得 f 4 8 3500 2500 6 72mm 故选用 6mm 定焦镜头即可 摄像部分一般安装在现场 它包括摄像机 镜头 防护罩 支架和电动云台 它的作用是对监视区域进行摄像 并将其转换成电信号 一 像机分为彩色和黑白两种 一般黑白摄像机要比彩色的灵敏度高 比较适合用于光线不足的地方 如果使用的目的只是监视景物的位置和移动 可采用黑白摄像机 如果要分辨被摄像物体的细节 比如分辨 衣服和景物的颜色 则采用彩色的比较好 摄像机的规格可分为 1 3 1 2 和 2 3 等 安装方式有固定和带云台二种 二 镜头 常用的镜头种类包括 手动 自动光圈定焦镜头和自动光圈变焦镜头两种 定焦镜头分为标准镜头和广角镜头两种 定焦镜头的适用范围如下 手动光圈镜头 所需监视的环境照度变化不大 如室内 自动光圈镜头 所需监视的环境照度变化大 如室外 广角镜头 监视的角度较宽 距离较近 标准镜头 监视的角度和距离适中 变焦镜头分为 10 倍 6 倍和 2 倍变焦镜头 另一种分法是 手动变焦和电动变焦 电动光圈和自动光圈 两种 变焦镜头在规则上可以划分为 1 3 1 2 和 1 等 选择变焦镜头的原则是 镜头的规格不应小于摄像机的规格 也就是说 1 2 的镜头可以与 1 3 的摄 像机一起使用 但是 1 3 的镜头就不能够在 1 2 的摄像机上使用 镜头镜头参数参数 相对孔径 光圈的主要作用是通过控制镜头光量的大小满足成像所需的合适照度 光圈越大 靶面成像照度越大 摄像机输出信号强度越大 信噪比越高 若光圈的实际孔径为 由于光线通过透镜后的折射使镜头的有效孔径 D 比实际孔径大 光圈的相对孔径 等于有效孔径与镜头焦距之比 即 A D f f 为镜头的焦距 光圈系数 通常将表征镜头光圈大小的参数定义成光圈系数 用 F 表示 光圈系数为镜头光圈相对孔径的倒数 F 值的规律是后一个值正好是前一个数值的 2 倍 这是由于成像面中心亮度与 1 F 2 成正比 F 值越小相应 灵敏度越大 常用值为 1 4 2 2 8 4 5 6 8 11 16 22 等几个等级 视场角 我们常用视场角来表征观察景物的范围 所谓视场角是指在视场角内的景物可全部落入成像尺寸内 而 视场角以外的景物将不被摄取 因此 镜头的视场角与摄像机的靶面及镜头的焦距有关 根据几何原理可以得到视场角的计算公式如下 H 2tg 1 h 2f V 2tg 1 v 2f 式中 H 为水平视场角 V 为垂直视场角 f 为镜头的焦距 h 为摄像机靶面的水平宽度 v 为摄像机靶 面的垂直高度 具体数值可参阅摄像机一节 当成像尺寸确定后 焦距越短 视场角越大 因此可将镜头分为长角镜头 视场角小于 45 标准镜头 视 场角为 45 50 广角镜头 视场角大于 50 超广角镜头 视场角接近 180 鱼眼镜头 视场角大于 180 等 另外 我们还可以得到如下公式以计算其中任一未知项数据 f v D V f h D H 其中 f 镜头焦距 D 镜头至景物距离 h 靶面宽度 H 靶面高度 三 三 镜头镜头接口接口 镜头的安装方式有 C 型安装和 CS 型安装两种 C 型安装接口指从镜头安装基准面到焦点的距离为 17 526mm 而 CS 型接口的镜头安装基准面到焦点距离为 12 5mm 因此将 C 型镜头安装到 CS 接口摄像机 时需要加装一个 5mm 厚的接圈 四 四 镜头镜头的的发发展展 镜头是影响图像品质的重要关键 如果镜头品质不佳 自然难拍摄出清晰的画面 传统的摄像机镜头所 采用的镜片 可以通称为球面镜头 这是以镜头内镜片的表面曲线为球面形状来命名的 顾名思义 非球面 镜头就是采用了不同于球面曲线的技术 也就是镜片研磨的形状为抛物线 二次曲线 三次曲线或高次曲线 这将依据设计功能上的不同而会有不同形状的曲线 因此统称为非球面镜头 传统球面镜头为了校正相差 色差 球差 彗差 畸变 相散等问题 必须采用多片镜片来校正 这使得镜 头的体积变的较大 由于每个镜片多少会有精度上的误差 因此要达到理想值并不容易 非球面镜头由于在 设计时便已经考量到校正的因素 因此可以减少镜片的数量 使得镜头的精度更佳 清晰度更好 色彩还原 更为准确 镜头内的光线反射得以降低 镜头体积也可以缩小 以往非球面镜头多应用在仪器 机械加工设备上 但随著加工技术的提升 使得品质 效能提升 因此应 用越来越广 目前非球面镜头除了具备高清晰度 录制的图像能够当作法律证据外 新推出的非球面镜头还 具备变倍高 物距短 光圈大的特性 变倍高可以简化镜头的种类 物距短可以应用在近距离摄像的场合 光圈大则可以适应光线较暗的场所 使得应用领域日渐宽广 而在 CCTV 应用领域中也推出了非球面镜头 可以使用于一些如银行这类对于摄像品质要求较高的场所 监控摄像头镜头可视角度表 镜头焦距搭配搭配 1 3 1 3 CCDCCD搭配 1 4 CCD二者差的异性 2 8 mm89 9 89 9 75 6 14 3 3 6 mm75 775 7 62 2 13 5 4 mm69 969 9 57 0 12 9 6 mm50 050 0 39 8 10 2 8 mm38 538 5 30 4 8 1 12 mm26 226 2 20 5 5 7 16 mm19 819 8 15 4 4 4 25 mm10 610 6 8 3 2 3 60 mm5 35 3 4 1 1 2 监控摄像头镜头可视距离表 镜头焦距 毫米数 距离 5 米 宽 高 距离 10 米 宽 高 距离 15 米 宽 高 距离 20 米 宽 高 距离 30 米 宽 高 2 8mm 13 9 8 米26 19 5 米39 29 3 米52 39 米78 58 5 米 3 6mm 8 5 6 4 米17 12 8 米25 5 19 米34 25 5 米51 38 3 米 4mm 8 6 米16 12 米24 18 米32 24 米48 36 米 6mm 5 5 4 1 米11 8 3 米16 5 12 4 米22 16 5 米33 24 8 米 8mm 3 5 2 6 米7 5 3 米10 5 7 9 米14 10 5 米21 15 8 米 12mm 2 1 5 米4 3 米6 4 5 米8 6 米12 9 米 16mm 1 5 1 1 米3 2 3 米4 5 3 4 米6 4 5 米9 6 8 米 25mm 1 3 1 米2 5 1 9 米3 8 2 9 米5 3 8 米7 5 5 6 米 60mm 0 5 0 4 米1 0 75 米1 5 1 1 米2 1 5 米3 2 3 米 2 8 即 F 2 8mm 镜头 拍摄距离为 1 4 米 拍摄角度为 115 3 6 即 F 3 6mm 镜头 拍摄距离为 2 6 拍摄角度 93 6 即 F 6mm 拍摄距离为 3 15 米 拍摄角度为 53 8 即 F 8mm 拍摄距离为 4 20 米 拍摄角度为 40 12 即 F 12mm 拍摄距离为 5 25 米 拍摄角度为 25 16 即 F 16mm 拍摄距离为 5 30 拍摄角度为 20 25 即 F 25mm 拍摄距离为 20 80 米 拍摄角度为 15 镜头的选择提示 镜头毫米数字越小 视野越开阔 但是看得距离越近 镜头毫米数字越大 视 野越狭窄 但是看得距离越远 二者不可同时兼得 视场角的计算视场角的计算 如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度 水平视场角 水平 观看的角度 2tg 1 垂直视场角 q 垂直观看的角度 q 2tg 1 式中 w H f 同上 水 平视场角与垂直视场角的关系如下 q 或 q 表 2 中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距 f 时的 水平视场角 b 的值 如果知道了水平或垂直场角便可按下式计算出视场角便可按下式计算出视 场高度 H 和视场宽度 W H 2Ltg W 2Ltg 例如 摄像机的摄像管为 17mm 2 3in 镜头焦距 f 为 12mm 从表 2 中查得水平视场角为 40 而镜头与被摄取物体的距离为 2m 试求视场的宽度 w W 2Ltg 2 2tg 1 46m 则 H W 1 46 1 059m 焦距 f 越和长 视场角越小 监视的目标也 就小 图解法图解法 如前所示 摄像机镜头的视场由宽 W 高 H 和与摄像机的距离 L 决定 一旦决定了摄 像机要监视的景物 正确地选择镜头的焦距就由来 3 个因素决定 欲监视景物的尺寸 摄 像机与景物的距离 摄像机成像器的尺士 1 3 1 2 2 3 或 1 图解选择镜头步骤 所需的视场与镜头的焦距有一个简单的关系 利用这个关系可选择适 当的镜头 估计或实测视场的最大宽度 估计或实测量摄像机与被摄景物间的距离 使用 1 3 镜头时使用图 2 使用 1 2 镜头时使用图 3 使用 2 3 镜头时使用图 4 使用 1 镜头时使 用图 5 具体方法 在以 W 和 L 为座标轴的图示 2 5 中 查出应选用的镜头焦距 为确保景物 完全包含在视场之中 应选用座标交点上 面那条线指示的数值 例如 视场宽 50m 距离 40m 使 用 1 3 格式的镜头 在座标图中的交点比代表 4mm 镜头的线偏上一点 这表明如果使用 4mm 镜 头就不能覆盖 50m 的视场 而用 2 8mm 的镜头则可以完全覆盖视场 f vD V f hD H 其中 f 代表焦距 v 代表 CCD 靶面垂直高度 V 代表被观测物体高度 h 代表 CCD 靶面水平宽 度 H 代表被观测物体宽度 举例 假设用 1 2 CCD 摄像头观测 被测物体宽 440 毫米 高 330 毫米 镜头焦点距物体 2500 毫米 由公式可以算出 焦距 f 6 4X2500 440 36 毫米 或 焦距 f 4 8X2500 330 36 毫米 当焦距数值算出后 如果没有对应焦距的镜头是很正常的 这时可以根据产品目录选择相 近的型号 一般选择比计算值小的 这样视角还会大一些 为了从 1 3 与 1 2 CCD 摄像机中获取同样的视角 1 3 CCD 摄像机镜头焦距必须缩短 相反如果在 1 3 CCD 与 1 2 CCD 摄像机中采用相同焦距的镜头 情况又如何呢 1 3 CCD 摄像机视角将比 1 2 CCD 摄像机明显地减小 同时 1 3 CCD 摄像机的图像在监视器上将比 1 2 CCD 的图像放大 产生了使用长焦距镜头的效果 另外我们在选择镜头时还要注意这样 一个原则 即小尺寸靶面的 CCD 可使用大尺寸靶面 CCD 摄像机的镜头 反之则不行 原因是 如 1 2 CCD 摄像机采用 1 3 镜头 则进光量会变小 色彩会变差 甚至图像也会缺损 反 之 则进光量会变大 色彩会变好 图像效果肯定会变好 当然 综合各种因素 摄像机最好 还是选择与其相匹配的镜头 监控摄像机镜头看清人脸的距离与监控角度监控摄像机镜头看清人脸的距离与监控角度 监控摄像机镜头使用场所及角度 1 广角镜头 视角在 90 度以上 一般用于电梯轿箱内 大厅等小视距大视角场所 如 2 8MM 2 5MM 2 视角在 60 度以上 用于 5 5 米左右场所 3 6MM 4MM 3 视角在 50 度以上 用于 8 10 米左右场所 6MM 4 视角在 40 度以上 用于 10 18 米左右场所 8MM 5 视角在 30 度以上 用于 20 30 米左右场所 12MM 16MM 6 视角在 20 度以上 用于 30 50 米左右场所 25MM 7 长焦镜头 视角在 20 度以内 焦距的范围从几十毫米到上百毫米 用于远距离监视 8 变焦镜头 镜头的焦距范围可变 可从广角变到长焦 用于景深大 视角范围广的区域 9 针孔镜头 用于隐蔽监控 镜头越小 监控的面积越大 而图像物体相对较小 镜头越大 监控的面积越小 窄 而图像物体相对较 大 计算方法计算方法 1 3 1 3 CCDCCD