视频监控系统主要参数及镜头选择

摄像机镜头是视频监控系统的关键设备. 它等效于我们眼中的镜头结构，负责将外部场景投影到平面上. 如果没有镜头，人眼将看不到任何物体；如果没有镜头，则相机输出的图像为白色，并且没有清晰的图像输出. 与近视或远视相同，照相机和镜头之间也有类似现象. 当镜头的成像平面无法精确定位在相机的CCD芯片上时，图像将变得不清楚.

可以看出，镜头在闭路监控系统中的作用非常重要. 工程设计人员和施工人员必须经常处理镜头: 设计人员必须根据物距和成像大小来计算镜头的焦距. 施工人员经常进行现场调试，其中一部分是将镜头调整到最佳状态.

首先，相机镜头的分类

用于视频监控系统的各种摄像机镜头从焦距可以分为短焦镜头，中焦镜头和远摄镜头. 广角，标准和远摄镜头；结构中的定光圈焦距镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头，自动变焦镜头，自动可变光圈电动变焦镜头，电动三可变（可变光圈，焦距，焦距）镜头等.

第二，相机镜头的主要参数

1. 焦距

我们知道，平行纤维将通过凸透镜会聚到焦点，并且该焦点从透镜中心开始的长度就是焦距. 现有的透镜通常可以被认为是凸透镜组. 对于定焦镜头，即定焦镜头；可以调节和改变焦距的镜头是变焦镜头.

焦距的大小决定了视角的大小. 焦距的值小，视角大，观察范围也大，但远处物体的分辨率不清楚；焦距的值大，视角小，观察范围小，只要适当选择焦距，就可以清楚地看到很远的物体. 由于焦距和视角是一一对应的，所以一定的焦距就是一定的视角，因此在选择镜头的焦距时，应该充分考虑观察的细节是否重要或较大的观察范围是否重要. 如果要查看细节，请选择长焦距镜头；如果要在近距离看到较大的场景，请选择焦距较小的广角镜头.

焦距不仅决定视角，而且在一定程度上影响图像的景深. 对景深的理解可以从“焦点”说起. 调整相机时，我们调整相机镜头以使场景在距相机一定距离处清晰成像. 这称为聚焦. 场景所在的点称为焦点. 景深是确保对焦点前后的场景进行清晰成像的范围之和. 这称为景深，这意味着只要可以清晰地捕获此范围内的场景即可. 景深首先与镜头的焦距有关. 具有长焦距的透镜具有较小的景深，而具有短焦距的透镜具有较大的景深. 其次，景深与光圈有关. 光圈越小，景深越大. 光圈越大，景深越小. 通常，前景的深度小于背面和背面的深度. 也就是说，在精确聚焦之后，只能清楚地成像在焦点之前的短距离，并且清楚在焦点之后的长距离.

（1）基于焦距的分类和应用

根据镜头的焦距是否可变以及支持哪种更改，我们可以将相机镜头分为定焦镜头，手动变焦镜头和电动变焦镜头. 定焦和变焦镜头的选择通常取决于要监视的场景的特性和经济性. 对于固定的监控场所，例如文物摊位和收费窗口，使用固定焦点镜头是经济的. 毕竟，定焦镜头比变焦镜头便宜.

当我们无法确定哪个特定位置是最佳焦点时（例如某些狭窄的通道或区域），使用变焦镜头具有更大的灵活性. 您可以根据场景确定最合适的焦距. . 至于变焦范围，可以根据监视范围的长度来确定. 常见规格为2.8〜13mm和3.5〜8mm.

当电动变焦镜头用于监视大型场景时，通常将其与电动镜头和云台结合使用. 电动镜头的优点是变焦范围大. 它不仅可以查看各种条件，而且可以专注于某些细节. 另非常大. 电动镜头具有多种倍率，例如6倍，10倍，15倍，20倍等. 如果知道参考焦距，则可以确定镜头焦距的可变范围. 例如，参考焦距为8.5毫米的6倍电动镜头，变焦范围可在8.5至51毫米之间连续调节，视场为31.3至5.5度. 电镜的控制电压一般为DC 8V〜16V，最大电流为30 mA. 因此，在选择控制器时，必须充分考虑传输电缆的长度. 如果距离太远，则线路产生的电压降将导致镜头无法控制. 必须增加输入控制电压，或者必须用控件替换视频矩阵主机.

相机镜头的焦距与其视角密切相关. 透镜的视角可分为图像的水平视角和图像的垂直视角，并且图像的水平视角大于图像的垂直视角. 通常，我们所指的视角通常是指镜头图像的水平视角.

根据相机镜头的水平视场角，相机镜头可分为标准镜头（或中焦镜头），广角镜头（或短焦镜头）和远摄镜头.

标准镜头: 视角约为30度. 在1/2英寸CCD相机中，标准镜头焦距设置为12mm. 在1/3英寸CCD相机中，标准镜头焦距设置为8mm. 通常用于人行道和社区周边及其他地方.

广角镜头: 视角大于90度，焦距小于几毫米，可以提供更宽广的​​视野.

远摄镜头: 视角在20度以内，焦距可以达到几米甚至几十米. 该镜头可以放大远距离拍摄对象的效果，但可以减小观察范围.

2. 光圈系数

光圈系数是光圈指数，用F表示，由镜头焦距f和透明光圈D的比值测量. 每个镜头都标有最大F值，例如6mm / P1.4表示最大光圈为4.29毫米. 光通量与F值的平方成反比. F值越小，光通量越大. 镜头上的光圈指标序列的指标值为1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等，其规则是前一个校准值的曝光值恰好是曝光值的2. 后一个校准值Times对应的曝光值. 换句话说，镜头的透明光圈为之前的值1 / 1.4、1 / 2、1 / 2.8、1 / 4、1 / 5.6、1 / 8、1 / 11、1 / 16、1 / 22是后一个值的根是两倍，因此，光圈指数越小，透明光圈越大，并且在成像目标表面上的照度越大.

视频监控系统的相机镜头光圈分为手动和自动光圈. 手动光圈适用于亮度变化不大的场合. 它的光输入由镜头上的光圈环调节，并且可以调节一次. 自动光圈镜头会随着光线的变化自动调节透明光圈，以确保进入相机的亮度相对稳定. 它用于光线频繁变化的室外和人群情况.

自动光圈镜头目前分为两类: 一类称为视频驱动型，镜头本身包含一个放大电路，用于将来自摄像机的视频振幅信号转换为光圈马达的控制.

另一种类型称为直流（DC）驱动类型，它使用相机上的DC电压直接控制光圈. 该镜头仅包含一个振镜光圈马达，并且需要照相机中的放大器电路. 对于各种自动光圈镜头，通常有两个可调旋钮，一个是ALC调整（光度调整），根据目标照明条件，有两个用于峰值测光和平均测光的选项，通常取平均测光文件；另一个是LEVEL调整（灵敏度），它可以使输出图像变亮或变暗.

自动光圈镜头上的ALC（自动镜头控制）调节用于设置测光系统. 可以通过整个屏幕的平均亮度或屏幕的最亮部分（峰值）来设置参考信号强度，以提供自动光圈调整使用. 一般来说，ALC已在出厂时设置好并且无法调整，但是当拍摄场景中包含非常明亮的目标时，明亮目标的图像可能会导致“白电平剪切”现象，并且此时将所有屏幕都变白. 您可以调整ALC来更改图片.

（1）镜头的分辨率

描述镜头成像质量的内部指标是镜头的光学传递函数和畸变，但是对于用户来说，他们所需要知道的只是镜头的空间分辨率，它是根据镜头的数量来计算的. 每毫米可分辨的黑白条纹. 计算公式为: 镜头分辨率N = 180 /帧格式高度. 由于照相机的CCD目标表面的尺寸已经标准化，例如1/2英寸照相机，因此目标表面为6.4mm宽* 480万高，而1/3英寸照相机的宽度为4.8mm * 3.6毫米高. 因此，对于1/2英寸格式的CCD目标表面，镜头的最低分辨率应为38对线/毫米，对于1/3英寸格式的相机，镜头分辨率应大于50对/毫米. 线，相机的目标表面越小，镜头的分辨率越高.

（2）红外感应功能

由于玻璃对于不同波长的光具有不同的折射率，因此焦点的位置将有所不同. 目前监控尺寸，市场上的普通镜片可以在同一平面上收集不同波长的光，即约430〜650nm的光，或者可以成功聚焦在650-900nm范围内的光，从而呈现清晰的图像. 这就是为什么普通镜头在白天清晰，夜视模糊，或者夜视清晰，白天模糊的原因.

红外镜头使用特殊的透镜（超低色散），可以将430-900nm甚至更长波长带的光聚焦在同一平面上，无论白天还是夜视都清晰可见.

由于特殊的透镜材料，的红外透镜价格昂贵. 为了降低价格，一些制造商使用镀膜的方法并使用特殊的材料来修饰光，这也可以部分地达到红外传感器镜头的效果，但是镀膜技术差很容易脱落和蒸发，但是会影响到镜头的原始图像清晰度.

3. 正确使用相机镜头

设备选择必须基于现场环境的需求，并考虑到某些经济因素，下面将讨论如何根据使用环境选择正确的相机镜头.

（1）选择镜头焦距

摄像机镜头焦距的选择一般采用计算方法，根据摄像机成像目标表面的大小（宽度w，高度h），监控范围的大小（宽度W或高度） H），即监控点到摄像机的距离（L），使用以下公式计算镜头所需的焦距.

公式1: f = W * L / w（W，L单位为M，f，w单位为毫米）

公式2: f = H * L / h（H，L单位为M，f，h单位为毫米）

示例: 当选择1/2英寸镜头时，图像尺寸为u = 4.8mm，h = 6.4mm.

镜头到场景的距离D = 3500mm，场景的实际高度为U = 2500mm（场景的实际宽度可以通过以下公式计算H = 1.333，该关系由相机取景器CCD确定）.

将以上参数代入公式一，f = 4.8

3500/2500 = 6.72mm，所以选择6mm定焦镜头. （2）镜头C和CS接口的选择

所有相机镜头都有螺纹. CCD相机镜头安装接口有两个行业标准，即C安装和CS安装. 两者的螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同.

C卡口: 镜头安装参考平面到焦点的距离为17.526mm.

CS卡口: 特殊的C卡口，镜头安装基准面与焦点之间的距离为12.5mm.

选择型号时，必须注意相机与镜头的安装方式的匹配，即镜头与相机的安装座应相同. C型安装座的螺钉深度大于CS的螺钉深度. CS镜头无法安装在C镜头相机上，但是当C镜头可以安装在CS镜头相机上时，则需要一个镜头转换器（垫片以增加深度）.

4. 镜头和CCD的匹配尺寸

那么为什么在选择镜头时要考虑CCD目标表面的尺寸呢？为了从1/3“和1/2” CCD摄像机获得相同的视角，必须缩短1/3“ CCD摄像机镜头的焦距；相反，如果情况相同焦距镜头用于1/3“ CCD和1/2” CCD相机？与1/2“ CCD相机相比，1/3” CCD相机的视角将大大减小，而1/3“ CCD图像CCD相机的镜头放大了监视器上1/2英寸CCD的图像，从而产生了使用长焦距镜头的效果.

此外，选择镜头时应注意这一原理: 也就是说，目标表面尺寸小的CCD可以使用目标表面尺寸大的CCD摄像机的镜头，反之亦然. 原因是: 如果1/2英寸CCD相机使用1/3英寸镜头，则入射光的数量会变少，颜色会变差，甚至图像也会出现缺陷；否则，入射光量会变大，色彩也会变好，图像效果肯定会变好. 当然，结合各种因素，相机最好选择与其匹配的镜头.

（1）手动和自动光圈镜头的选择

手动和自动光圈镜头的选择取决于使用环境的照度是否恒定.

对于周围照度恒定的情况，例如在电梯轿厢，封闭的走廊或没有直射阳光的房间中，可以使用手动光圈镜头，可以根据照明设备的实际照度使用系统的初始安装和调试过程中的环境. 可以一次调整镜头光圈大小，以获得令人满意的亮度图像.

在环境照度不断变化的情况下（例如，入口大厅，窗户和大厅随日照时间变化很大），需要使用自动光圈镜头（必须配备带自动光圈镜头座的相机）. 这样，可以自动调节屏幕的亮度，并可以获得较好的相对恒定的亮度监控屏幕.

自动光圈镜头的控制信号可分为DC和VIDEO控制，即DC电压控制和视频信号控制. 这是在选择自动光圈镜头的类型，相机的自动光圈镜头插座的连接方法以及自动光圈镜头的驱动模式的切换方面. 三者要注意协调与配合.

（2）选择定焦和变焦镜头

定焦镜头和变焦镜头的选择取决于所监视场景范围的大小和所监视场景屏幕所需的清晰度.

镜头规格（镜头规格通常分为1/3“，1/2”，2/3“等. ）在某些情况下，镜头焦距与镜头视场之间的关系为: 镜头焦距越长，镜头越长，镜头的视角越小；在固定镜头焦距的条件下，镜头规格与镜头视角之间的关系为: 镜头规格越大，镜头视角越大. 因此，从以上关系我们可以看到: 在固定物距的情况下，随着镜头的焦距变大，在系统末端的监视器上看到的被监视场景的图像范围会变小，但是图片细节越来越清晰；并且，随着镜头规格的增大，系统末尾在监视器上看到的被监视场景的图像范围也会增加，但是图像细节变得越来越模糊.

在狭窄的监控环境中，例如电梯轿厢，狭窄的房间应使用短焦距广角或超广角定焦镜头. 如果镜头规格为1/2英寸，CS型接口，镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头，则这些镜头的视场不少于99°或127°，足以使相机当摄像机在狭窄空间中的仰角约为2.5m时，可以覆盖整个狭窄且狭窄的监控空间. 也可以根据现场实际情况选择手动变焦镜头，例如Nissan ComputerT2Z2814CS-2镜头. 该镜头是1/3英寸CS型手动光圈镜头，其焦距可调2倍（手动对焦）. 聚焦范围为2.8〜6.0mm，视角从96°到47.2°不等. 这种镜头非常适合在狭窄的监控环境中使用. 使用时可以根据实际需要轻松实现灵活的监控. 场景“点”或“脸部”的监视效果.

（3）使用电动变焦镜头

对于普通的变焦（倍）镜头，由于最小焦距通常约为6.0mm，因此变焦（倍）镜头的最大视场角约为45度. 如果在狭窄的环境中使用这种镜头，则不可避免地会增加监视死角. 尽管可以操作和控制前端云台以减少此监视死角，但它肯定会增加系统的工程成本（系统需要增加前端，云平台监控尺寸，保护罩等），以及系统控制的复杂性，因此在这种环境下，不适合使用变焦（x）镜头.

在开放的监视环境中，首先，根据监视环境的开放性，用户需要清晰度在系统末端的监视器上看到的监视场景图片以及监视场景的中心点到相机镜头之间的直线距离是参考依据. 在一定的直线距离并满足整个被监视场景的覆盖范围的前提下，您应考虑尽可能使用长焦距镜头，以便在显示器末端获得更清晰的细节. 系统. 监视的场景屏幕. 在这种环境下，您还可以考虑使用变焦（放大）镜头（电动可变镜头），这可以根据系统的设计要求和系统的性能价格比来确定. 选择时还应考虑两点: 当调整到最短的焦距（以查看全景图）时，它应该能够满足覆盖主要监视场景的要求；

调整为最长焦距（请参阅详细信息）时，它应该能够满足观察被监视场景细节的要求.

通常，可以在室内仓库，车间，工厂和其他环境中使用6倍或10倍镜头以满足要求. 在仓库区域，码头，广场和车站等室外环境中，可以根据实际情况进行选择. 需要选择10倍，16倍或20倍镜头（通常，镜头放大倍数越大，价格越高，在综合考虑系统成本的前提下，可以适当选择高倍变焦镜头或快球. ）

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