鏡頭的種類

2021-04-20 09:06:30 字數 4505 閱讀 8662

1.鏡頭的種類(根據應用場合分類)

· 廣角鏡頭:視角90度以上,觀察範圍較大,近處影象有變形。

· 標準鏡頭:視角30度左右,使用範圍較廣。

· 長焦鏡頭:視角20度以內,焦距可達幾十公釐或上百公釐。

· 變焦鏡頭:鏡頭焦距連續可變,焦距可以從廣角變到長焦,焦距越長成像越大。

· 針孔鏡頭:用於隱蔽觀察,經常被安裝在如天花板或牆壁等地方。

鏡頭的種類有許多種,每一種鏡頭都有其特點。根據功能與結構的不同,這些鏡頭的**相差非常大,如電動變焦鏡頭要比普通定焦鏡頭的**高約10倍,因此,只有正確了解各

種鏡頭的特性,才能更加靈活地選擇鏡頭。

a、固定光圈定焦鏡頭

固定光圈定焦鏡頭是相對較為簡單的一種鏡頭,該鏡頭上只有乙個可手動調整的對焦調整環(環上標有若干距離參考值),左右旋轉該環可使成在 ccd靶面上的像最為清晰,此時在監視器螢幕上得到影象也最為清晰。

由於是固定光圈鏡頭,因此在鏡頭上沒有光圈調整環,也就是說該鏡頭的光圈是不可調整的,因而進入鏡頭的光通量是不能通過簡單地改變鏡頭因素而改變,而只能通過改變被攝現場的光照度來調整,如增減被攝現場的照明燈光等。這種鏡頭一般應用於光照度比較均勻的場合,如室內全天以燈光照明為主的場合,在其他場合則需與帶有自動電子快門功能的ccd攝像機合用(當然,目前市面上絕大多數的ccd攝像機均帶有自動電子快門功能),通過電子快門的調整來模擬光通量的改變。

b、手動光圈定焦鏡頭

手動光圈定焦鏡頭比固定光圈定焦鏡頭增加了光圈調整環,其光圈調整範圍一般可從f1. 2或f1. 4到全關閉,能很方便地適應被攝現場的光照度,然而由於光圈的調整是通過手動人為地進行的,一旦攝像機安裝完畢,位置固定下來,再頻繁地調整光圈就不那麼容易了,因此,這種鏡頭一般也是應用於光照度比較均勻的場合,而在其他場合則也需與帶有自動電子快門功能的ccd攝像機合用,如早晚與中午、晴天與陰天等光照度變化比較大的場合,通過電子快門的調整來模擬光通量的改變。

c、自動光圈定焦鏡頭

d、手動變焦鏡頭

顧名思義,手動變焦鏡頭的焦距是可變的,它有乙個焦距調整環,可以在一定範圍內調整鏡頭的焦距,其變比一般為2~3倍,焦距一般在3. 6~8 mm。在實際工程應用中,通過手動調節鏡頭的變焦環,可以方便地選擇監視現場的視場角,如:可選擇對整個房間的監視或是選擇對房間內某個區域性區域的監視。當對於監視現場的環境情況不十分了解時,採用這種鏡頭顯然是非常重要的了。

對於大多數電視監控系統工程來說,當攝像機安裝位置固定下來後,再頻繁地手動變焦是很不方便的,因此,工程完工後,手動變焦鏡頭的焦距一般很少再去調整,而僅僅起到定焦鏡頭的作用。因而手動變焦鏡頭一般用在要求較為嚴格而用定焦鏡頭又不易滿足要求的場合。但這種鏡頭卻受到工程人員的青睞,因為在施工除錯過程中使用這種鏡頭,通過在一定範圍的焦距調節,一般總可以找到乙個可使使用者滿意的觀測範圍(不用反覆更換不同焦距的鏡頭),這一點在外地施工中尤為顯得方便。

e、自動光圈電動變焦鏡頭

此種鏡頭與前述的自動光圈定焦鏡頭相比另外增加了兩個微型電動機,其中乙個電動機與鏡頭的變焦環嚙合,當其受控而轉動時可改變鏡頭的焦距(zoom);另乙個電動機與鏡頭的對焦環嚙合,當其受控而轉動時可完成鏡頭的對焦(focus)。由於該鏡頭增加了兩個可遙控調整的功能,因而此種鏡頭也稱作電動兩可變鏡頭。

自動光圈電動變焦鏡頭一般引出兩組多芯線,其中一組為自動光圈控制線,其原理和接法與前述的自動光圈定焦鏡頭的控制線完全相同;另一組為控制鏡頭變焦及對焦的控制線,一般與雲台鏡頭控制器及解碼器相連。當操作遠端控制室內雲台鏡頭控制器及解碼器的變焦或對焦按鈕時,將會在此變焦或對焦的控制線上施加乙個或正或負的直流電壓,該電壓加在相應的微型電動機上,使鏡頭完成變焦及對焦調整功能。

2.被攝物體的大小、距離與焦距的關係

設被攝物體的高度和寬度分別為h、w,被攝物體與鏡頭間的距離為d,鏡頭的焦距為f。靶面成像的高度和寬度分別為h、w,則計算公式如下: f=h×d/h f=w×d/w

根據上述公式,也可以很容易地計算出視場角,下表為靶面尺寸和成像大小對照表 靶面規格 1" 2/3" 1/2" 1/3" h 9.6mm 6.6mm 4.8mm 3.6mm w 12.8mm 8.8mm 6.4mm 4.8mm

3.相對孔徑

為了控制通過鏡頭的光通量的大小,在鏡頭的後部均設定了光圈。假定光圈的有效孔徑為d,由於光線折射的關係,鏡頭實際的有效孔徑為d,比d大,d與焦距f之比定義為相對孔徑a,即a=d/f,鏡頭的相對孔徑決定被攝像的照度,像的照度與鏡頭的相對孔徑的平方成正比,一般習慣上用f=f/d,即相對光徑的倒數來表示鏡頭光圈的大小。f值越小,光圈越大,到達ccd晶元的光通量就越大。所以在焦距f相同的情況下,f值越小,表示鏡頭越好。

4.鏡頭的焦距

1) 定焦距:焦距固定不變,可分為有光圈和無光圈兩種。

· 有光圈:鏡頭光圈的大小可以調節。根據環境光照的變化,應相應調節光圈的大小。光圈的大小可以通過手動或自動調節。人為手工調節光圈的,稱為手動光圈;鏡頭自帶微型電機自動調整光圈的,稱為自動光圈。

· 無光圈:即定光圈,其通光量是固定不變的。主要用光源恆定或攝像機自帶電子快門的情況。

2) 變焦距:焦距可以根據需要進行調整,使被攝物體的影象放大或縮小。

常用的變焦鏡頭為六倍、十倍變焦。

三可變鏡頭:可調焦距、調聚焦、調光圈。

二可變鏡頭:可調焦距、調聚焦、自動光圈。

5.選配鏡頭原則

為了獲得預期的攝像效果,在選配鏡頭時,應著重注意六個基本要素:

a) 被攝物體的大小

b) 被攝物體的細節尺寸

c) 物距

d) 焦距

e) ccd攝像機靶面的尺寸

f) 鏡頭及攝像系統的解析度

注釋:變焦鏡頭--焦平面的位置固定,而焦路可連續調節的光學系統。變焦是通過移動鏡頭內部的鏡片,改變它們之間的相對位置而實現的。這樣就可以在一定範圍內改變鏡頭的焦距長度和視角。

焦距--透鏡中心或其第二主平面到影象聚集點處的距離。單位一般為公釐或英吋。

光圈--位於攝像機鏡頭內部分的、可以調節的光學機械性闌也,可用來控制通過鏡頭的光線的多少。

一、公式計算法:

視場和焦距的計算 視場係指被攝取物體的大小,視場的大小是以鏡頭至被攝取物體距離,鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。

1、鏡頭的焦距,視場大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計算如下;

f=wl/w 

f=hl/h

f:鏡頭焦距 w:圖象的寬度(被攝物體在ccd靶面上成象寬度)

w:被攝物體寬度

l:被攝物體至鏡頭的距離

h:圖象高度(被攝物體在ccd靶面上成像高度)視場(攝取場景)高度

h:被攝物體的高度

ccd靶面規格尺寸:  單位mm

規格     w     h

1/3"     4.8    3.6

1/2"     6.4    4.8

2/3"     8.8    6.6

1"     12.7    9.6

由於攝像機畫面寬度和高度與電視接收機畫面寬度和高度一樣,其比例均為4:3,當l不變,h或w增大時,f變小,當h或w不變,l增大時,f增大。

2、視場角的計算 如果知道了水平或垂直視場角便可按公式計算出現場寬度和高度。 水平視場角β(水平**的角度) β=2tg-1= 垂直視場角q(垂直**的角度) q=2tg-1= 式中w、h、f同上 水平視場角與垂直視場角的關係如下: q=或=q 表2中列出了不同尺寸攝像層和不同焦距f時的水平視場角b的值,如果知道了水平或垂直場角便可按下式計算出視場角便可按下式計算出視場高度h和視場寬度w. h=2ltg、w=2ltg 例如;攝像機的攝像管為17mm(2/3in),鏡頭焦距f為12mm,從表2中查得水平視場角為40℃而鏡頭與被攝取物體的距離為2m,試求視場的寬度w。 w=2ltg=2×2tg=1.46m 則h=w=×1.46=1.059m 焦距f越和長,視場角越小,監視的目標也就小。

二、**法

如前所示,攝像機鏡頭的視場由寬(w)。高(h)和與攝像機的距離(l)決定,一旦決定了攝像機要監視的景物,正確地選擇鏡頭的焦距就由來3個因素決定; *.欲監視景物的尺寸 *.攝像機與景物的距離 *.攝像機成像器的尺士:1/3"、1/2"、2/3"或1"。 **選擇鏡頭步驟: 所需的視場與鏡頭的焦距有乙個簡單的關係。利用這個關係可選擇適當的鏡頭。 估計或實測視場的最大寬度;估計或實測量攝像機與被攝景物間的距離;使用1/3」鏡頭時使用圖2,使用1/2鏡頭時使用圖3,使用2/3」鏡頭時使用圖4,使用1鏡頭時使用圖5。具體方法:在以w和l為座標軸的圖示2-5中,查出應選用的鏡頭焦距。為確保景物完全包含在視場之中,應選用座標交點上,面那條線指示的數值。例如: 視場寬50m,距離40m,使用1/3"格式的鏡頭,在座標圖中的交點比代表4mm鏡頭的線偏上一點。這表明如果使用4mm鏡頭就不能覆蓋50m的視場。而用2.8mm的鏡頭則可以完全覆蓋視場。

f=vd/v

f=hd/h

其中,f代表焦距,v代表ccd靶面垂直高度,v代表被觀測物體高度,h代表ccd靶面水平寬度,h代表被觀測物體寬度。

舉例:假設用1/2」ccd攝像頭觀測,被測物體寬440公釐,高330公釐,鏡頭焦點距物體2500公釐。由公式可以算出:

焦距f=6.4x2500/440≈36公釐 或

焦距f=4.8x2500/330≈36公釐

當焦距數值算出後,如果沒有對應焦距的鏡頭是很正常的,這時可以根據產品目錄選擇相近的型號,一般選擇比計算值小的,這樣視角還會大一些。

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