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安防知识之镜头

发布时间：2018/2/24

摄像机镜头的作用是把被观察目标的光像呈现在摄像机的靶面上，也称光学成像。将各种不同形状、不同介质（塑料、玻璃或晶体）的光学零件（反射镜、透射镜、棱镜）按一定方式组合起来，使得光线经过这些光学零件的透射或反射以后，按照人们的需要改变光线的传输方向而被接收器件接收，即完成了物体的光学成像过程。

    光学镜头应满足成像清晰、透光率强、像面照度分布均匀、图像畸变小、光圈可调等要求。

    一般来说每个镜头都由多组不同曲面曲率的透镜按不同间距组合而成。间距和镜片曲率、透光系数等指标的选择决定了该镜头的焦距。

一、镜头分类

    摄像机镜头按其功能和操作方法分为常用镜头和特殊镜头两大类。

    常用镜头又分为定焦镜头（自动和手动光圈）和变焦镜头（自动和手动光圈）。

特殊镜头是根据特殊工作环境而专门设计的，一般有广角镜头、针孔镜头等。

二、镜头参数

(一)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ψ，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。

(二)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。

(三)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：

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

    式中ωh为水平视场角，ωv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、镜头接口

    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、镜头的发展

    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。