摄像机镜头选购指南

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摄像机镜头选购指南

在电视监控系统中如何根据现场被监视环境，正确选用摄像机镜头是非常重要的，因为它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言)，所以正确的选用摄像机镜头可以使系统得到最优化设计并可获得良好的监视效果。

摄像机镜头就光圈而言可分为手动光圈镜头及自动光圈镜头两种，就焦距而言又可分为定焦镜头及变焦镜头两种。

下面就以使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。

1 手动、自动光圈镜头的选用

手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。

对于在环境照度恒定的情况下，如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内，均可选用手动光圈镜头，这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度，一次性整定镜头光圈大小，获得满意亮度画面即可。

对于环境照度处于经常变化的情况，如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等，均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机)，这样便可以实现画面亮度的自动调节，获得良好的较为恒定亮度的监视画面。

对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种，即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上，摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上，以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上，三者注意协调配合好即可。

2、定焦、变焦镜头的选用

定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小，以及所要求被监视场景画面的清晰程度。

在镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情况下，镜头焦距与镜头视场角的关系为：镜头焦距越长，其镜头的视场角就越小(见图1所示)；在镜头焦距一定的情况下，镜头规格与镜头视场角的关系为：镜头规格越大，其镜头的视场角也越大。所以由以上关系可知：在镜头物距一定的情况下，随着镜头焦距的变大，在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小，但画面细节越来越清晰；而随着镜头规格的增大，在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大，但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下，CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。

镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角，且图像水平视场角大于图像垂直视场角，通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。

在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内，狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头，如选用镜头规格为1/2″，CS型接口，镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头，这些镜头视场角均不小于99°或127°，这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时，其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头如日产Computar T2Z2814CS－2镜头，这种镜头为1/3″CS型接口手动光圈镜头，其焦距2倍可调(手动调焦)。调焦范围为2.8～6.0mm，视场角变化范围为96°～47.2°，这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用，在使用时可方便地根据实际需要，灵活实现对被监视场景的“点”或“面”的监视效果。

对于一般变焦(倍)镜头而言，由于其最小焦距通常为6.0mm左右，故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右，如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中，其监视死角必然增大，虽然可通过对前端云台进行操作控制，以减少这种监视死角，但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器、云台、防护罩等)，以及系统操控的复杂性，所以在这种环境中，不宜采用变焦(倍)镜头。

在开阔的被监视环境中，首先应根据被监视环境的开阔程度，用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度，以及被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据，在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下，应尽量考虑选用长焦距镜头，这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头)，这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定，在选用时也应考虑两点：(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求；(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下，在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求，而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中，可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可(一般情况下，镜头倍数越大，价格越高，可在综合考虑系统造价允许的前提下，适当选用高倍数变焦镜头)。

3、正确选用镜头焦距的理论计算

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：

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

(2)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)。

以往由于摄像机的使用在室外或其它特殊场合等缘故，所以较多选用自动光圈镜头。在目前的监控工程中，由于智能建筑大量使用CCTV系统，室内监控点占较高的比例。而许多工程商在做工程设备报价时，也同样喜欢采用自动光圈镜头。虽然自动光圈镜头对监控点的光线变化适应性较强，但其价格也明显高于相同焦距的手动定焦镜头。而现在大多数的摄像机都有电子快门，室内的光源也较为稳定，因此，智能建筑项目中大量采用自动光圈镜头没有太大的必要；另一方面，现在市场上用的自动光圈镜头分为二大类：a.电源驱动自动光圈镜头；b.视频驱动自动光圈镜头。电源驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的，其中两根为DC12V或DC24V电源来驱动镜头中的马达，另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小；视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的，其中一根为视频触发信号来起动光圈，并控制光圈大小，另二根为DC12V或DC24V电源线驱动电机马达。目前市场上大多黑白或彩色摄像机虽然有自动光圈镜头接口，但除了少数可以兼容二种镜头以外，大多数摄像机不能兼容，只能使用电源驱动自动光圈镜头或视频驱动自动光圈镜头。如果在使用中当一些摄像机损坏时，新购入的摄像机就有与原来的自动光圈镜头是否兼容的问题。但当工程中的监控点在室外时，采用带自动光圈的镜头是必要的，因为室外的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达50000Lx－100000Lx；夜间路灯时仅为10Lx，变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围，也就无法达到控制图像效果的作用

电视监控系统前端设备主要包括：摄像机、镜头、云台、防护罩、支架、控制解码器、射灯等。目前，这些设备生产厂家很多，其品牌、型号、功能各异。因此，合理选择这些设备，对提高电视监控系统图像质量颇为重要。下面结合工程实际谈些体会。

1摄像机的选择

摄像机是电视监控系统核心设备，根据用户要求，合理选择非常重要。现在安全防范用的电视监控系统一般都采用CCD摄像机，因为它与真空管摄像机相比具有体积小、重量轻；惰性小；灵敏度高；图像均匀性好；抗冲击性好；寿命长等优点。在实际工程中，如果监视目标照度不高，而用户对监视图像清晰度要求较高时，宜选用黑白CCD摄像机；如果用户要求彩色监视时，应考虑加辅助照明装置，或选用彩色�黑白自动转换的CCD摄像机，这种摄像机当监视目标照度不能满足彩色摄像要求时自动转为黑白摄像。

在确定用黑白摄像机还是用彩色摄像机之后，进而要考虑的问题是摄像机的技术指标。主要考虑的指标如下所述。

1.1分辨率(清晰度)

表示摄像机分辨图像细节的能力，通常用电视线(TVL)表示。它取决于CCD芯片的像素数、镜头的分解力和摄像系统的带宽。

黑白摄像机水平清晰度一般要选择450TVL左右的，考虑到施工等因素，系统的最终清晰度能满足我国行业标准GB/T16676－1996中规定的380TVL。

彩色摄像机水平清晰度一般要选择大于350TVL的，因为人眼对彩色难于分辨更细，这样选择也能满足GB/T16676－1996中对彩色监视系统270TVL的要求。

1.2灵敏度

在镜头光圈大小一定的情况下，获取规定信号电平所需要的最低靶面照度。例如：使用F1.2的镜头，当被摄物体表面照度为0.04Lx时，摄像机输出信号的幅值为350mV，即最大幅值的50％，则称此摄像机的灵敏度为0.04Lx/F1.2。如果被摄物体表面照度再低，监视器屏幕上将是一幅很难分辨层次的灰暗图像。根据经验一般所选摄像机的灵敏度为被摄物体表面照度的1/10时较为合适。

1.3信噪比

即信号电压与噪声电压的比值。CCD摄像机信噪比的典型值在45～55dB之间。一般的电视监控系统中要选50dB左右的，这样不仅能满足行业标准中规定系统信噪比不小于38dB的要求，更重要的是当环境照度不足时，信噪比越高的摄像机图像就越清晰。

1.4工作温度

－10～＋50℃是绝大多数摄像机生产厂家的温度指标。视使用地区的温度变化加防护或特别防护。

1.5电源电压

国外摄像机交流电压适应范围一般是198～264V抗电源电压变化能力较强；国内摄像机交流电压适应范围一般是200～240V，抗电源电压变化能力较弱，在系统中使用时一般需稳压电源。

2镜头的选择

镜头种类繁多，分类方式就有好几种，我们只从控制方式上谈谈如何选择摄像机镜头。

2.1手动光圈定焦镜头

这种镜头用于监视固定目标，且光照度变化较小的场合。这种镜头价格比较便宜。所需焦距大小可用下式估算。

f=A·L/H

式中：f—镜头焦距

A—摄像机成像面高度

L—被摄物体到镜头距离

H—被摄物体高度

焦距越大，视场角越小，监视范围越窄；焦距越小，视场角越大；监视范围越宽。

2.2自动光圈定焦镜头

当进入镜头的光通量变化时，摄像机CCD成像面上产生的电荷也相应变化，使视频信号电平发生变化，产生一个控制信号，驱动镜头内的微型电机正向或反向转动，从而调整光圈的大小。当视场照度变化在100倍以上时，选这种镜头。但需注意的是：如果视场照度不均匀，特别是监视目标与背景光反差较大时，采用这种镜头摄像效果不理想。

2.3自动光圈电动变焦镜头

此镜头与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环啮合，受控转动时，可改变镜头的焦距；另一个电机与镜头的聚焦环啮合，受控转动时完成镜头的聚焦。由于增加了两个微型电机，这种镜头的价格较贵。

2.4电动三可变镜头

与自动光圈变焦镜头相比只是对光圈的调整由自动控制方式改为遥控器控制。它也含三个微型电机，通过一组6芯控制线与控制器相连。目前这种镜头应用较多。

在选择镜头时，除根据不同场合、不同要求选择不同控制方式的镜头外，还要考虑下面问题。

(1)镜头尺寸要与摄像机成像面尺寸一致。例如：1/3″摄像机要选1/3″镜头。在难以一致时，可用大尺寸镜头配小尺寸摄像机；反之不行。

（2)镜头接口与摄像机接口要一致，不一致时要加连接圈。例如：C型镜头安装在CS型摄像机上时，必须在C型镜头上加连接圈，如果不加连接圈就可能碰坏CCD成像面的保护玻璃，造成CCD摄像机的损坏。

3云台、防护罩、支架、控制解码器的选择

3.1云台

云台可以简单理解成安装摄像机的底座，只是这个底座可以全方位(水平和垂直两个方向)或(水平方向)转动。因此，云台的使用扩大了摄像机的视野。在电视监控系统中，需要巡回监视的场所(如大厅等)都要使用云台。选用云台时要注意以下几点。

(1)所选云台的负荷能力要大于实际负荷的1.2倍。就是说云台上所有设备重量之和应小于云台的负荷能力，如果让云台满负荷或是超负荷运行，虽能免强工作，但启动时惰性大，特别是垂直转动时更困难，极大的影响了巡视效果。

(2)云台转动停止时应有较好的自锁性能，刹车时回程角应小于1

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