监控镜头知识培训-1

1、监控镜头知识培训监控镜头知识培训施施清平清平2013年年6月月中星电子中星电子监控镜头的一些常见问题监控镜头的一些常见问题 应该选用什么样的镜头？为什么？ 摄像机能看多远？1公里/3公里/10公里？ 镜头的相关参数、名词含义是什么？ 高清镜头和普通镜头有什么区别？ 相同规格的镜头价格怎么会差这么多？ 镜头的故障率高吗？ 有了变焦镜头，定焦镜头还需要吗？中星电子中星电子镜头的成像原理（镜头的成像原理（1 1）小小孔成像孔成像 没有对焦问题，可以清晰成像 孔径很小，通光量非常小；曝光时间非常长 成像不够清晰中星电子中星电子镜头的成像原理（镜头的成像原理（2 2）焦距焦距被被摄物体距离（物距）摄物体

2、距离（物距）焦点焦点焦平面焦平面中星电子中星电子景深（景深（1 1） 在焦点前后，拍摄物体上的单点扩大成圆，这个圆叫做弥散圆。如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。 即：在被摄主体(对焦点)前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。换言之，被摄体的前后纵深，呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内。中星电子中星电子景深（景深（2 2）与景深有关的参数：1、物距（正比） 2、光圈（反比）3、靶面尺寸（反比）中星电子中星电子镜镜头的主要参数头的主要参数接口接口C-型型接口镜头要求镜头的边缘到图像传感器的距离是17.526 mm。CS-型型接口

3、镜头要求镜头的边缘到图像传感器的距离是12.5 mm。17.526mmC-型型接口镜头CS-型型接口摄像机接圈接圈中星电子中星电子镜镜头的主要参数头的主要参数靶面尺寸靶面尺寸镜头靶面光线入光线出靶面镜头有效镜头有效遮盖范围遮盖范围中星电子中星电子9镜镜头的靶面尺寸选择头的靶面尺寸选择大靶面镜头 配小靶面感光芯片 牺牲镜头通光量牺牲镜头通光量 成成像质量提升像质量提升 实际焦距变大实际焦距变大小靶面镜头 配大靶面感光芯片 画面出现暗角画面出现暗角 边缘成像质量下降边缘成像质量下降 实际焦距变小实际焦距变小适当的匹配 所有性能指标达到所有性能指标达到产品所标注的参数产品所标注的参数中星电子中星电子

4、光圈光圈镜头中用来控制通光孔尺寸的部件镜头中用来控制通光孔尺寸的部件 光圈的参数用F来表示，对应通光量的大小比例如右表F1.4中星电子中星电子焦距和视角焦距和视角 镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角；视场角决定了拍摄的范围。视场角决定了拍摄的范围。 视场角与镜头的焦距（f）及摄像机靶面尺寸的大小有关。 镜头的焦距f越短，其视场角越大; 摄像机靶面尺寸越大，其视场角也越大。 1英寸靶面的镜头安装英寸靶面的镜头安装到到2/3英寸的摄像机上，英寸的摄像机上，视场角如何变化？视场角如何变化？ 视场角缩小，相当于从广角端视场角缩小，相当于从广角端向长焦端变化；例如一枚向长焦

5、端变化；例如一枚16mm 1”的的镜头用在镜头用在2/3”摄像机上时，相当于摄像机上时，相当于20mm以上的镜头。以上的镜头。中星电子中星电子不同焦距的成像不同焦距的成像用不同焦距的镜头拍摄同一场景时的成像效果用不同焦距的镜头拍摄同一场景时的成像效果a) 28mm镜头的视场镜头的视场b) 100mm镜头的视场镜头的视场c) 300mm镜头的视场镜头的视场 摄像机的靶面尺寸确定后，焦距成为确定视场角的唯一因素。焦距越大，视场角越小，局部画面的放大效果越明显中星电子中星电子复杂的镜头结构复杂的镜头结构变变焦镜头典型结构焦镜头典型结构定焦镜头典型结构定焦镜头典型结构中星电子中星电子影响成像效果的因素

6、影响成像效果的因素色散色散镜头红色光焦点红色光焦点黄黄色光焦点色光焦点绿色光焦点绿色光焦点蓝色蓝色色光焦点色光焦点白光颜色颜色波长波长(nm)红620-750橙600-620黄580-600绿490-580蓝460-490靛430-460紫400-430长焦长焦镜头容易产生色散镜头容易产生色散中星电子中星电子v含义：指与透镜光轴平行的光束，通过球面透镜后，含义：指与透镜光轴平行的光束，通过球面透镜后，因折射情况不同而不能聚焦于同一焦点的现象。因折射情况不同而不能聚焦于同一焦点的现象。 光轴光轴 焦点平面焦点平面 影响成像效果的因素影响成像效果的因素球球面像差面像差广角镜头容易产生球面像差广角镜

7、头容易产生球面像差中星电子中星电子影响成像效果的因素影响成像效果的因素畸变畸变指由于透镜对同一距离的物体不同部分的放大率不同而指由于透镜对同一距离的物体不同部分的放大率不同而产生一种变形，表现为影象扭曲。但不影响像面的清晰产生一种变形，表现为影象扭曲。但不影响像面的清晰度。度。 1、桶形畸变：边缘部分的放大率小于中心部分的畸变。、桶形畸变：边缘部分的放大率小于中心部分的畸变。 2、枕形畸变：边缘部分的放大率大于中心部分的畸变。、枕形畸变：边缘部分的放大率大于中心部分的畸变。中星电子中星电子解决问题的办法解决问题的办法镜头结构镜头结构kooke结构Sonner结构Heliar结构 Ultrast

8、igmat结构 ERNOSTAR结构Tessar结构高斯结构的现代版中星电子中星电子解决问题的办法解决问题的办法光学光学材料材料低色散镜片低色散镜片 天然萤石 低色散玻璃(人造萤石，ED/UD镜片)中星电子中星电子解决问题的办法解决问题的办法非球面镜片非球面镜片球面镜片球面镜片中星电子中星电子解决问题的办法解决问题的办法镀膜镀膜 镀膜主要是为了减少镜头表面反射，提高光透过率。 一层镀膜只对一种色光起作用，而多层镀膜则可对多种色光起作用。多层镀膜通常采用不同的材料重复地在透镜表面镀上不同厚度的膜层。多层镀膜可大大提高镜头的透光率。 例如，未经镀膜的透镜每个表面的反射率为5%，单层镀膜后降至2%，

9、而多层镀膜可降至0.2%，这样，可大大减少镜头各透镜间的漫反射，从而提高影像的反差和明锐度。中星电子中星电子镜头的聚焦镜头的聚焦前后移动前后移动中星电子中星电子22红红外镜头（外镜头（IRIR镜头）原理镜头）原理普通镜头红外（IR）镜头中星电子中星电子23红红外镜头（外镜头（IRIR镜头）拍摄效果镜头）拍摄效果非红外镜头红外镜头中星电子中星电子24高清镜头具有更高高清镜头具有更高的光学分辨率，因此成像更加细致（颗粒细微）。的光学分辨率，因此成像更加细致（颗粒细微）。光点光点光斑光斑40万像万像素摄像机素摄像机200万像万像素摄像机素摄像机合适合适模糊模糊合适合适高清镜头高清镜头 百万像素 2百

10、万像素 3百万像素 5百万像素 8百万像素 1千万像素480TV480TV线线540TV540TV线线800TV800TV线线百万像素镜头的分辨率中星电子中星电子自动光圈镜头（自动光圈镜头（Auto IRISAuto IRIS）v 自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，称为输类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，称为输入型。入型。 v 采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择

11、，它们是：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：v 1) 在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可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。有较宽的动态范围。 v 2) 要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固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。定光圈镜头更大的景深。v 3) 要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光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。圈镜头。 中星电子中星电子 P-iris是一种新型的自动、精确光圈控件。与DC光圈镜头不同，P-iris控件的主要

12、任务不是不停地调节穿过镜头的光线流量。P-iris的主要目的是设置最佳光圈位置，以便大部分时间镜头的中心及效果最佳的部分可得到使用，从而提高图像质量。这个位置叫做特定景深值，在此处镜头的效果最好，光学误差大大减少，可得到最佳图像质量（在对比度、分辨率和景深方面）。这是带P-iris的网络摄像机的默认设置。P-IRISP-IRIS，新的发展方向，新的发展方向中星电子中星电子27在自动光圈镜头基础上，增加对镜头焦距的电动调节功能。在自动光圈镜头基础上，增加对镜头焦距的电动调节功能。由于当镜头的焦距改变后，成像面也会相应变化，还需要有由于当镜头的焦距改变后，成像面也会相应变化，还需要有相应的聚集调节

13、功能。因此，这种镜头除了内置自动光圈调节电相应的聚集调节功能。因此，这种镜头除了内置自动光圈调节电动机外，还有两个用于调节焦距和聚集的电动机，可由人工通过动机外，还有两个用于调节焦距和聚集的电动机，可由人工通过施加控制电压来控制，故而又称为施加控制电压来控制，故而又称为“两可变两可变”镜头。镜头。此种镜此种镜头如只有自头如只有自动光圈功动光圈功能，则称为能，则称为二可变电动镜头二可变电动镜头；如；如自动光圈功能可手动操作，称为自动光圈功能可手动操作，称为三可变电动镜头三可变电动镜头电动变焦镜头电动变焦镜头中星电子中星电子 透雾镜头是利用长波长的光可以绕射过雾气粒子的特点，利用这部分光来成像，即

14、可实现透雾的效果。而成像系统能够透雾的前提是镜头对这部分光有较强的透射能力。 普通镜头对这部分光的透射能力只有不到30%，而高档的透雾镜头可以达到80%以上。普通模式普通模式透雾模式透雾模式5公里海面透雾公里海面透雾17公里城市透雾公里城市透雾透雾透雾镜头镜头中星电子中星电子 一般厂商推出的所谓透雾摄像机，采用对被摄物体钩边，然后将色彩饱和度、对比度提升，进而得到所谓的透雾效果。没有利用非可见光成像，没有利用非可见光成像，被雾气遮挡的物体就不可能显示出来。透雾透雾镜头镜头中星电子中星电子2022-3-1730镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（1）v1焦距的应用焦距的应用v在实际应用中，经常会有用

15、户提出该摄像机能看在实际应用中，经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定，等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定，因为焦距决定了摄取图像的大小。用不同焦距的因为焦距决定了摄取图像的大小。用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。中星电子中星电子2022-3-1731v成像

16、场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛成像场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛盾的，举个例子来说，用同一支摄像机对同一个盾的，举个例子来说，用同一支摄像机对同一个停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出，车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出，但却不能看清该辆车的牌照号码（该车在监视器但却不能看清该辆车的牌照号码（该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积）；而选用长焦距镜屏幕上仅占据了很小的面积）；而选用长焦距镜头虽可以看清该辆车的牌照号码（该车占据了屏头虽可以看清该辆车的牌照号码（该车占据了屏幕上的大部分

17、面积），却又不能监视到整个停车幕上的大部分面积），却又不能监视到整个停车场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头。头。镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（2）中星电子中星电子2022-3-1732v2校正概念：校正概念：v某摄像机能够某摄像机能够“看多远看多远”？比如？比如100m、500m甚甚至至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。出来。v理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，

18、并在在CCD靶面上成一很小的像，但受靶面上成一很小的像，但受CCD单元（像单元（像素）物理尺寸的限制，当成像小到小于素）物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感传感器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识为何物。为何物。镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（3）中星电子中星电子2022-3-1733v 一般来说，镜头焦距越长，一般来说，镜头焦距越长，“看看”得就越远，但同时视场角得就越远，但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了。比如若用标准镜头刚好却变小，结果观看的范围变

19、窄了。比如若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征，但却无法看见该人穿的是什镜头则可能看清其面部特征，但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经么裤子和鞋（这部分已经“涨涨”出了画面），而换用广角镜出了画面），而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什么别的人物或参照物。因此，关于么别的人物或参照物。因此，关于“看多远看多远

20、”的较为科学的的较为科学的说法应该是说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物处多高或多宽的景物”。例如，用。例如，用8mm镜头观测镜头观测10m远远处的景物，如果该处有处的景物，如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。满整个监视器屏幕。镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（4）中星电子中星电子2022-3-1734v 3计算公式计算公式v 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；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=w D/Wf=h D/H f：镜头焦距

21、：镜头焦距, 单位：毫米单位：毫米 w：图象的宽度（被摄物体在：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度），单位：靶面上成象宽度），单位：毫米毫米W：被摄物体宽度，单位：米：被摄物体宽度，单位：米D：被摄物体至镜头的距离，单位：米：被摄物体至镜头的距离，单位：米h：图象高度（被摄物体在：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度），单位：毫米靶面上成像高度），单位：毫米H：被摄物体的高度，单位：米：被摄物体的高度，单位：米 镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（5）中星电子中星电子2022-3-1735v4应用应用v1) 已知物体的大小，距离和镜头已知物体的大小，距离和镜头CCD规格，求镜头的焦距。

22、规格，求镜头的焦距。焦距焦距/宽（毫米）：宽（毫米）：f1=w D/W焦距焦距/高（毫米）：高（毫米）：f2=h D/Hv2) 已知焦距，物体的大小和镜头已知焦距，物体的大小和镜头CCD规格，求物体距离。规格，求物体距离。物物 距距/宽宽(米米)：D1=f W/w 物物 距距/高高(米米)：D2=f H/hv3) 已知焦距，物距和镜头已知焦距，物距和镜头CCD规格求其视场宽高。规格求其视场宽高。 物物 宽宽(米米)：W=w D/f 物物 高高(米米)：H=h D/fv4) 已知镜头焦距求视角已知镜头焦距求视角水平视场角（度）：水平视场角（度）：aw2arctg(w/2f)垂直视场角（度）：垂直

23、视场角（度）：ah2arctg(h/2f)v5) 已知镜头视角求焦距已知镜头视角求焦距 已知水平视场角，求焦距和垂直视角：已知水平视场角，求焦距和垂直视角：f = (w/2)tg(aw/2), ah2arctg(h/2f)已知垂直视场角，求焦距和水平视角：已知垂直视场角，求焦距和水平视角：f = (h/2)tg(ah/2), aw2arctg(w/2f)镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（6）中星电子中星电子2022-3-1736v1求焦距实例求焦距实例v1）已知物体的大小，距离和镜头）已知物体的大小，距离和镜头CCD规格，求规格，求镜头的焦距。镜头的焦距。v 用用1/3” 的摄像机，摄像机安装在

24、收银员的的摄像机，摄像机安装在收银员的2 米米高的上方，需要监控制收银员高的上方，需要监控制收银员2 米宽的柜台情况，米宽的柜台情况，选用多少毫米的镜头？选用多少毫米的镜头？镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（实实例例1）中星电子中星电子2022-3-1737镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（实实例例1）中星电子中星电子2022-3-1738v已知已知w=4.8mm. D=2m, W=2m，求焦距：，求焦距：v按焦距按焦距/宽（毫米）：宽（毫米）：f1=w D/W公式计算：公式计算：f=4.8 X 2000 / 2000 =4.8 mm,则选用则选用4.8 mm 的镜头即可的镜头即可.镜镜头焦距的确

25、头焦距的确定（定（实实例例1）中星电子中星电子2022-3-1739v2）在实际应用中，有些参数可能不是直接给出，）在实际应用中，有些参数可能不是直接给出，而是需要我们经过转换得到。而是需要我们经过转换得到。v 已知已知“看多远看多远”，求焦距：，求焦距：v计算计算1/3英寸图像传感器英寸图像传感器 ，图像分辨率为，图像分辨率为D1，在在10m处能看清车牌时镜头的焦距范围。处能看清车牌时镜头的焦距范围。镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（实实例例2）中星电子中星电子2022-3-1740v 车牌大小约为车牌大小约为45cm *15cm 。要看清车牌，车牌在画。要看清车牌，车牌在画面中所占象素大小必

26、须大于面中所占象素大小必须大于12030。v 分为以下两种情况：分为以下两种情况：v 全画面都为车牌。此时物宽为全画面都为车牌。此时物宽为45cm，物高为，物高为15cm。v 由焦距计算软件得焦距：按物宽计算：由焦距计算软件得焦距：按物宽计算：106mm；按物；按物高计算：高计算：240mm。要同时看清车牌，焦距最大为。要同时看清车牌，焦距最大为106mm。v 画面里画面里12030个象素为车牌。此时物宽为个象素为车牌。此时物宽为（704/120）45cm270cm，物高为（，物高为（576/30）15cm285cm。v 由焦距计算软件得焦距：按物宽计算：由焦距计算软件得焦距：按物宽计算：17

27、.778mm；按；按物高计算：物高计算：12.632mm。要同时看清车牌，焦距最小为。要同时看清车牌，焦距最小为18mm。v 所需焦距范围为（所需焦距范围为（18mm106mm） 镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（实实例例2）中星电子中星电子2022-3-1741v已知监控范围，求焦距：已知监控范围，求焦距：v具体的应用环境参见下图，监控范围为停车线到具体的应用环境参见下图，监控范围为停车线到红绿灯杆，车的高度为红绿灯杆，车的高度为1.6m，宽度为，宽度为2m。镜镜头焦距的确头焦距的确定（定（实实例例3）中星电子中星电子2022-3-1742v假设摄像机正对着车，设车身长假设摄像机正对着车，设车身长4m，摄像头，摄像头水平装在杆子上水平装在杆子上6m处，可以得到垂直视场角约处，可以得到垂直视场角约为为arctg(6/(24-4)17度，根据公式度，根据公式f = (h/2)tg(ah/2)，可知需焦距为，可知需焦距为12mm左右左右的镜头。的镜头。v根据公式根据公式aw2arctg(w/2f)，水平视场角，水平视场角为为22度左右，度左右，v根据公式根据公式D1=f W/w