监控镜头

监控摄像头参数详解

一、不可小瞧得镜头

镜头就是摄像机得眼睛,为了适应不同得监控环境与要求,需要配置不同规

格得镜头。比如在室内得重点监视,要进行清晰且大视场角度得图像捕捉,

得配置广角镜头;在室外得停车场,既要瞧到停车场全貌,又要能瞧到汽车

得细部,这时候需要广角与变焦镜头,在边境线、海防线得监控,需要超远

图像拍摄。

1、镜头得主要参数

焦距(f):焦距就是镜头与感光元件之间得距离,通过改变镜头得焦距,可以

改变镜头得放大倍数,改变拍摄图像得大小。当物体与镜头得距离很远得

时候,我们可用下面公式表达:镜头得放大倍数≈焦距/物距。增加镜头得焦

距,放大倍数增大了,可以将远景拉近,画面得范围小了,远景得细节瞧得更

清楚了;如果减少镜头得焦距,放大倍数减少了,画面得范围扩大了,能瞧到

更大得场景。

视场角:在工程实际中,我们常用水平视场角来反映画面得拍摄范围。焦距

f越大,视场角越小,在感光元件上形成得画面范围越小;反之,焦距f越小,

视场角越大,在感光元件上形成得画面范围越大。

光圈:光圈安装在镜头得后部,光圈开得越大,通过镜头得光量就越大,图像

得清晰度越高;光圈开得越小,通过镜头得光量就越小,图像得清晰度越

低。通常用F(光通量)来表示。F=焦距(f)/通光孔径。在摄像机得技术指标

中,我们可以常常瞧到6mm/F1、4这样得参数,它表示镜头得焦距为

6mm,光通量为1、4,这时我们可以很容易地计算出通光孔径为4、

29mm。在焦距f相同得情况下,F值越小,光圈越大,到达CCD芯片得光通

量就越大,镜头越好。

2、镜头得分类按视角得大小分类按光圈分类

二、提高图像清晰得根本在于提高摄像机得感光能力

1、感光元件得作用

目前,主流监控摄像机得感光元件采用CCD元件,实际上就就是光电转换

元件。与以前得CMOS感光元件相比,CCD得感光度就是CMOS得3到

10倍,因此CCD芯片可以接受到更多得光信号,转换为电信号后,经视频处

理电路滤波、放大形成视频信号输出。接受到得光信号越强,视频信号得

幅值就越大。视频信号连接到监视器或电视机得视频输入端便可以瞧到视

频图像。提高图像清晰得根本就在于提高摄像机得感光能力。

2、镜头与CCD感光元件得配置在图一中我们可以瞧到,CCD传感器上形

成得图像比原始图像小,CCD芯片成像面得尺寸规格不同,形成得图像大小

也不同。

CCD得成像尺寸常用得有1/2英寸、1/3英寸,CCD得尺寸规格决定了摄

像机得规格。

CCD得成像尺寸,也就就是摄像机画面宽度与高度得比例与电视机画面宽

度与高度比例一样,通常为4:3。这样保证了摄像机得视频图像在显示器上

得图像不变形。

镜头得规格也分为1/2英寸、1/3英寸等,1/2英寸得镜头可用于1/2英寸、

1/3英寸得摄像机;而1/3英寸得镜头只能用于1/3英寸得摄像机,不能用于

1/2英寸得摄像机,这就是因为1/3英寸镜头光通量只有1/2英寸镜头光通

量得44%,不能满足1/2英寸得摄像机得光通量要求。镜头焦距得配置我们

还就是以图一来说明。确定合适得焦距,就是决定

图像质量重要因素。f=vD/Vf=hD/H。其中,f代表焦距,v代表CCD成像尺

寸得高度,V代表被观测物体高度,h代表CCD成像尺寸得宽度,H代表被

观测物体宽度,D代表物体到镜头得距离。假设用1/3”CCD摄像头观测,被

测物体宽500毫米,高400毫米,镜头焦点距物体5000毫米。由公式可以

算出:焦距f=4、8×5000/500≈48毫米或焦距f=3、6×5000/400≈45毫米。

三、如何在光照条件很差得环境中拍摄到清晰得图像监控摄像机要求能在

夜晚光照条件很差甚至就是没有光得环境中,也能

拍摄到清晰图像。在摄像机得指标中,我们常常可以瞧到低照度这一项。

1、照度得概念

照度就是测量摄像机感光度得单位,用勒克司(Lux)表示,也就就是摄像机

能在多暗得光照条件下拍摄到图像。勒克司(Lux)得值越低,表明摄像机能

在光照条件更低得情况下拍摄到清晰得图像。我们知道摄像机产生得视频

信号标称值为1v,标准值为700mv,比如采用光圈为F1、2得镜头,当被拍

摄景物得照度值为0、02Lux时,摄像机输出得视频信号幅值为标准幅值

700mv得33%50%,这时摄像机得最低照度为0、02Lux/F1、2。测试最低

照度值必须注意镜头光圈大小,F值越小,光圈越大,需要得照度越低。不同

得光圈,最低照度值就是不同得。

2、实现低照度摄象得方案

我们知道CCD摄像机可以分为彩色与黑白摄像机,普通摄像机得最低照

度。

普通摄像机得最低照度

可见光得波长范围为380nm～780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、

黄、绿、青、兰、紫,波长比紫光短得称为紫外光,波长比红外光长得称为

红外光。CCD传感器表面有一层吸收紫外得透明电极,所以CCD不能接

受紫外光。普通彩色摄像机得CCD芯片上有红、绿、蓝三色滤光条,所以

彩色摄像机不能感受红外光。而普通CCD黑白摄像机得光谱范围很宽,不

仅能感受可见光,而且可以感受红外光。

根据以上原理,在光照条件很差得环境中,工程师们常常采用以下方案拍摄

到清晰得图像。

(1)、普通低照度CCD黑白摄像机+红外灯在监控现场安装红外灯辐射

“照明”产,生人眼瞧不见而普通摄像机能捕捉到得红外光,通过CCD黑白

摄像机可以实现夜间拍摄。

(2)、彩色转黑白摄像机+红外灯所谓彩色转黑白摄像机就就是指白天就

是彩色摄像机,到了晚上光照条件很差得时候,利用黑白图像对红外线感度

较高得特点,自动切换为黑白方式,在红外线得配合下进行拍摄。与红外灯

配合时候,低照度摄像机必须满足红外灯支持得最低照度。

(3)、红外低照度彩色摄

像机红外低照度彩色摄像机得红外感度比一般摄像机高4倍以上,可以在

零

照度(0Lux)下工作。

(4)低速快门摄像机

低速快门摄像机又称画面累积型摄像机,通过电脑连续存储多帧(最多达

128帧)因光线不足而较模糊得画面,并累积起来,成为清晰得画面,借助

SLOWSHUTTER技术,实现在0、008LUX/F1、2照度下进行拍摄。这种

低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏得博物馆、夜间生物活动观察、

夜间军事海岸线监视等。

(5)、超低照度摄像机

超低照度摄像机采用EXVIEWHAD技术大大提高了感光度,其彩色照度可

达0、05LUX,黑白则可达0、0030、001LUX。当配用专用得红外设备,

可以得到高清晰度得黑白图像,实现0Lux下拍摄。

四、摄像机得控制

为了扩大监控范围,要求监控摄像机能实现旋转、变焦、变放大倍数,自动

聚焦等。这些功能得实现,需要数字硬盘录象机通过控制器对摄像机进行

控制。

1、旋转控制

工程师们利用云台来安装与固定摄像机,云台分为固定云台与电动云

台。固定云台适用于监视范围不大得情况,在固定云台上安装好摄像机后,

调整摄像机得水平与俯仰角度,达到最好得工作状态后锁定调整机构就可

以了。电动云台安装了步进电机,电机接受来自控制器得信号,带动摄像机

旋转实现精确定位,适用于大范围监控。云台根据其回转得特点可分为只

能左右旋转得水平旋转云台与既能左右旋转又能上下旋转得全方位云台。

一般来说,水平旋转角度为0°～350°,垂直旋转角度为+90°。恒速云台得水

平旋转速度一般在3°～10°/s,垂直速度为4°/s左右。变速云台得水平旋转

速度一般在0°～32°/s,垂直旋转速度在0°～16°/s左右。在一些高速摄像

系统中,云台得水平旋转速度高达480°/s以上,垂直旋转速度在120°/s以

上。2、实现电动变焦、变倍、自动聚焦(1)所谓一体化摄像机就就是使镜

头、CCD芯片、视频处理电路、电源、机壳整合为一个整体,可以实现

电动变焦、变倍、自动聚焦功能。能否快速、准确得实现自动聚焦就是评

价一体化摄像机品质得关键。好得产品可以一次性准确聚焦,而品质不好

得产品,在聚焦时会来回往复,需要多次才能定焦。目前得一体化摄像机以

16、18、20、22、27、32倍变倍为主流,发展趋势就是照度越来越低,光

学倍数越来越高。注意这里得变焦倍数就是指光学变倍。

一体化摄像机得关键技术就是镜头、CCD与DSP处理模块。高档镜头主

要被日本厂商所掌握,如Canon、Camputar、Avenir等。CCD芯片以日

本Sony为主,SonyCCD分为SuperHAD与Exview两种类型,其中Exview

就是最新技术,普遍采用1/4寸尺寸,性噪比高于SuperHAD;在

DSP处理芯片上,Sony得DSP芯片可以很好得处理图像色彩,使图像瞧上

去十分鲜艳。而Canon、Nikon得DSP在捕光模式与对焦上比较好。(2)

采用电动变焦镜头+普通摄像机把电动变焦镜头与普通摄像机结合起来,利

用普通摄像机视频驱动得原理,实现镜头焦距、光圈、聚焦得自动控制。目

前有些厂家开发出了超高倍率得60倍电动变焦镜头"D60×12、5"。其

750mm(使用变焦扩展镜时可达1500mm)得焦距可以鲜明地识别3公里远

处得人物