本文介紹監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)鏡頭的基礎(chǔ)知識和所涉及到的一些注意事項(xiàng)，幫助大家快速成為一個(gè)鏡頭行家,。攝像機(jī)鏡頭的作用是把被觀察目標(biāo)的光像呈現(xiàn)在攝像機(jī)的靶面上,，也稱光學(xué)成像。將各種不同形狀,、不同介質(zhì)（塑料,、玻璃或晶體）的光學(xué)零件（反射鏡、透射鏡,、棱鏡）按一定方式組合起來,，使得光線經(jīng)過這些光學(xué)零件的透射或反射以后，按照人們的需要改變光線的傳輸方向而被接收器件接收,，即完成了物體的光學(xué)成像過程,。
    一般來說每個(gè)鏡頭都由多組不同曲面曲率的透鏡按不同間距組合而成。間距和鏡片曲率,、透光系數(shù)等指標(biāo)的選擇決定了該鏡頭的焦距,。
    光學(xué)鏡頭應(yīng)滿足成像清晰、透光率強(qiáng),、像面照度分布均勻,、圖像畸變小、光圈可調(diào)等要求,。

一,、鏡頭參數(shù)
㈠相對孔徑
    光圈的主要作用是通過控制鏡頭光量的大小滿足成像所需的合適照度。光圈越大,，靶面成像照度越大,，攝像機(jī)輸出信號強(qiáng)度越大，信噪比越高,。
若光圈的實(shí)際孔徑為ψ,，由于光線通過透鏡后的折射使鏡頭的有效孔徑D 比實(shí)際孔徑大，光圈的相對孔徑等于有效孔徑與鏡頭焦距之比,，即：A=D/f,，f 為鏡頭的焦距。
㈡光圈系數(shù)
    通常將表征鏡頭光圈大小的參數(shù)定義成光圈系數(shù),，用F 表示,。 光圈系數(shù)為鏡頭光圈相對孔徑的倒數(shù)。F值的規(guī)律是后一個(gè)值正好是前一個(gè)數(shù)值的√2 倍,，這是由于成像面中心亮度與（1/F）2成正比,。F值越小相應(yīng)靈敏度越大。常用值為1.2,、1.4,、2,、2.8、4,、5.6,、8、11,、16,、22等幾個(gè)等級。
㈢視場角
    我們常用視場角來表征觀察景物的范圍,。所謂視場角是指在視場角內(nèi)的景物可全部落入成像尺寸內(nèi),，而視場角以外的景物將不被攝取，一般默認(rèn)為水平方向視角,。因此,，鏡頭的視場角與攝像機(jī)的靶面及鏡頭的焦距有關(guān)。
    根據(jù)幾何原理可以得到視場角的計(jì)算公式如下：
    ωH＝2tg-1（h/2f）            ωV＝2tg-1（v/2f）
    式中ωH為水平視場角,，ωV為垂直視場角,，f 為鏡頭的焦距，h為攝像機(jī)靶面的水平寬度,，v為攝像機(jī)靶面的垂直高度,。具體數(shù)值可參閱攝像機(jī)一節(jié)。
    當(dāng)成像尺寸確定后,，焦距越短,，視場角越大。因此可將鏡頭分為長角鏡頭（視場角小于45°）,、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（視場角為45°～50°）,、廣角鏡頭（視場角大于50°）、超廣角鏡頭（視場角接近180°）,、魚眼鏡頭（視場角大于180° ）等,。
    另外，我們還可以得到如下公式以計(jì)算其中任一未知項(xiàng)數(shù)據(jù),。
                    f/v＝D/V                 f/h＝D/H
其中：       f───鏡頭焦距,；        D───鏡頭至景物距離；
             h───靶面寬度,；        H───靶面高度,。

二、鏡頭分類
    攝像機(jī)鏡頭按其功能和操作方法分為常用鏡頭和特殊鏡頭兩大類,。
    常用鏡頭又分為定焦鏡頭（自動和手動光圈）和變焦鏡頭（自動和手動光圈）。特殊鏡頭是根據(jù)特殊工作環(huán)境而專門設(shè)計(jì)的,，一般有廣角鏡頭,、針孔鏡頭等,。

三、鏡頭的發(fā)展
    鏡頭是影響圖像品質(zhì)的重要關(guān)鍵,，如果鏡頭品質(zhì)不佳,，自然難拍攝出清晰的畫面，傳統(tǒng)的攝像機(jī)鏡頭所采用的鏡片,，可以通稱為球面鏡頭,，這是以鏡頭內(nèi)鏡片的表面曲線為球面形狀來命名的。顧名思義,，非球面鏡頭就是采用了不同于球面曲線的技術(shù),，也就是鏡片研磨的形狀為拋物線、二次曲線,、三次曲線或高次曲線,，這將依據(jù)設(shè)計(jì)功能上的不同而會有不同形狀的曲線，因此統(tǒng)稱為非球面鏡頭,。
    傳統(tǒng)球面鏡頭為了校正相差,、色差、球差,、彗差,、畸變、相散等問題,，必須采用多片鏡片來校正,，這使得鏡頭的體積變的較大，由于每個(gè)鏡片多少會有精度上的誤差,，因此要達(dá)到理想值并不容易,，非球面鏡頭由于在設(shè)計(jì)時(shí)便已經(jīng)考量到校正的因素，因此可以減少鏡片的數(shù)量,，使得鏡頭的精度更佳,、清晰度更好、色彩還原更為準(zhǔn)確,，鏡頭內(nèi)的光線反射得以降低,，鏡頭體積也可以縮小。
    以往非球面鏡頭多應(yīng)用在儀器,、機(jī)械加工設(shè)備上,，但隨著加工技術(shù)的提升，使得品質(zhì),、效能提升,，因此應(yīng)用越來越廣。目前非球面鏡頭除了具備高清晰度，錄制的圖像能夠當(dāng)作法律證據(jù)外,，新推出的非球面鏡頭還具備變倍高,、物距短、光圈大的特性,，變倍高可以簡化鏡頭的種類,，物距短可以應(yīng)用在近距離攝像的場合，光圈大則可以適應(yīng)光線較暗的場所,，使得應(yīng)用領(lǐng)域日漸寬廣,。而在CCTV應(yīng)用領(lǐng)域中也推出了非球面鏡頭，可以使用于一些如銀行這類對于攝像品質(zhì)要求較高的場所,。

四,、鏡頭接口
    鏡頭的安裝方式有C型安裝和CS型安裝兩種。C型安裝接口指從鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)的距離為17.526mm,，而CS型接口的鏡頭安裝基準(zhǔn)面到焦點(diǎn)距離為12.5mm,。因此將C型鏡頭安裝到CS接口攝像機(jī)時(shí)需要加裝一個(gè)5mm厚的接圈。

五,、CCTV中的特殊鏡頭
    在特殊的CCTV安全鏡頭族群中,，值得一提的品種包括光纖鏡頭、管道鏡頭,、分像鏡頭,、拐角鏡頭、中繼鏡頭,、自動聚焦鏡頭,、安定鏡頭和長程鏡頭。這些鏡頭各有所長,，可以實(shí)現(xiàn)普通鏡頭所無法完成的特殊功能,。
㈠光纖鏡頭和管道鏡頭
    設(shè)計(jì)難度較大的監(jiān)控系統(tǒng)中往往需要使用粘連光纖束鏡頭。與通常用于視頻信號傳輸?shù)膯文９饫w和多模光纖不同,，這種光纖束是由上千根單獨(dú)的玻璃光纖粘連在一起組成的,。它可以將物鏡得到的光學(xué)圖像傳輸?shù)绞畮桌迕椎綆酌走h(yuǎn)的地方。中繼鏡頭從光纖束處理到圖像后,，再將其傳送到攝像機(jī)的傳感器上,。通過光纖鏡頭取得的畫面，其質(zhì)量不如通過普通鏡頭取得的畫面好,。因此,，這種鏡頭只能用在普通鏡頭無法解決問題的場合。光纖鏡頭分為剛性和柔性兩種,。 高分辨率（450線）的粘連光纖束中有幾萬根玻璃纖維,，光學(xué)圖像就是通過這些纖維從一端傳輸?shù)搅硪欢?，每根光纖在光纖束兩端的幾何陣列中所處的位置完全相同。完整的“光纖鏡頭”除了包括這個(gè)光纖束外,，還需要在前面加裝成像用的物鏡,，在后端加裝傳遞圖像用的中繼鏡頭（以便圖像會聚到傳感器上）,。
    光纖鏡頭通常用于穿過厚墻對隔壁房間的監(jiān)視,，有時(shí)也用在必須將攝像機(jī)與鏡頭分開一端距離的場合。
    另一種常用的長距離采光鏡頭是管道（borescope）鏡頭,。管道鏡頭由直徑為0.04～0.5英寸,、長6～30英寸的通光管、桿狀鏡頭和多聯(lián)式中繼鏡頭共同組成,。中間的鏡頭用于將物鏡形成的光學(xué)圖像傳送給后面的鏡頭,，進(jìn)而傳送到攝像機(jī)傳感器上。單桿鏡頭使用的是獨(dú)特的GRIN（graded index,，漸變折射率）玻璃桿,，光學(xué)圖像在通過它之間能夠重新聚焦。由于桿和鏡頭的直徑都很小,，只有少量的光線能透入攝像機(jī)內(nèi)部,，因此這種系統(tǒng)的光學(xué)速度較慢，通常為f/11和f/30,。這一特性使得管道鏡頭只能與光線充足的場景和高靈敏度的攝像機(jī)配用,。因?yàn)楣艿犁R頭中使用的都是玻璃透鏡，它的圖像質(zhì)量比光纖鏡頭要好一些,。
㈡分像鏡頭
    能夠?qū)蓚€(gè)單獨(dú)場景同時(shí)成像的同一攝像機(jī)上的鏡頭稱作分像鏡頭或雙焦鏡頭,。這種鏡頭使用兩個(gè)分開的透鏡或雙焦鏡頭。這種鏡頭使用兩個(gè)分開的透鏡獲取兩個(gè)場景的圖像后,，再將其投射到攝像機(jī)的傳感器上,，其中的兩個(gè)透鏡焦距可能相同，也可能不同,；可能朝向同一方向,，也可能朝向不同的方向。
    分像鏡頭的轉(zhuǎn)接器可以起到同樣的作用,。除了用于連接攝像機(jī)的接口外,，轉(zhuǎn)接器上還有兩個(gè)C型接口或CS接口，可以連接兩個(gè)普通鏡頭,，從而實(shí)現(xiàn)“一機(jī)兩景”,。根據(jù)雙焦鏡頭設(shè)計(jì)的不同，最后得到的雙景圖像可以是左右分割的,，也可以是上下分割的,。所以定焦鏡頭,、變焦鏡頭、針孔鏡頭或其它鏡頭,，只要其接口是C型或CS型的,，就都可以用到這種轉(zhuǎn)換器上。側(cè)鏡位置安裝的可調(diào)式反射鏡可以改變鏡頭觀察的方向,。在側(cè)鏡旁邊再加裝一只反射鏡,，就可以讓兩中鏡頭對準(zhǔn)同一場景。在這種情況下,，如果前鏡使用廣角鏡頭（6.5mm）,，側(cè)鏡使用狹角鏡頭（75mm），就構(gòu)成一個(gè)雙焦鏡頭,，與之相連的攝像機(jī)可以同時(shí)看到同一場景的廣角和狹角的圖像,。在左右分割時(shí)，每個(gè)鏡頭的水平視場都變?yōu)檎Ｇ闆r下的1/2（每個(gè)鏡頭只能使用傳感器的一半寬度）,。將分像鏡頭旋轉(zhuǎn)90°,，可以得到上下分割的圖像。雙焦鏡頭在監(jiān)視器上形成的圖像是倒轉(zhuǎn)的,，因此需要將攝像機(jī)倒轉(zhuǎn)過來安裝,。
    三向光學(xué)分像鏡頭可以同時(shí)觀察三個(gè)不同的場景。三分鏡頭主要用于觀察丁字型走廊,，但是也可以作其它用途,。使用三分鏡頭，可以同時(shí)觀察三個(gè)不同的場景（放大倍數(shù)可以相同,，也可以不同）,，而這三個(gè)場景是顯示在同一監(jiān)視器上。這樣,，我們就節(jié)省了兩只攝像機(jī),、兩臺監(jiān)視器和一只畫面分割器。每個(gè)場景占據(jù)在監(jiān)視器屏幕的1/3面積,。鏡頭上的可調(diào)光學(xué)器件允許分別調(diào)節(jié)三個(gè)物鏡的仰角,，以適用長短不同的走廊需要（長走廊鏡頭接近水平，短走廊需要鏡頭略微沖下）,。與雙分鏡頭一樣,，攝像機(jī)也要倒轉(zhuǎn)安裝。
㈢拐角鏡頭
    拐角鏡頭使得攝像機(jī)可以做貼墻式的安裝,，即攝像機(jī)與軸線與墻面相平行,。
    在墻壁后面的空間比較有限的場合，像柜員機(jī),、天花板或升降機(jī)內(nèi),，拐角鏡頭將會是一個(gè)很好的解決方案,。拐角光學(xué)鏡頭使得2.6mm鏡頭的軸線變得與攝像機(jī)的軸線相垂直，因?yàn)?.6mm鏡頭的視場可以達(dá)到110°,，所以使用反光鏡來解決這個(gè)問題將是不可能的,。因?yàn)槠矫娣瓷溏R無法將全部場景反射到攝像機(jī)鏡頭上。這種黑邊（vignitting）現(xiàn)象將使得我們無法在監(jiān)視器上看到場景的部分邊緣,。
    拐角轉(zhuǎn)接器可以套接所有焦距的鏡頭,，但鏡頭必須帶有C型或CS型的接口。
㈣中繼鏡頭
    中繼鏡頭用來將鏡頭或粘連光纖束聚焦的光學(xué)圖像傳送到攝像機(jī)傳感器上,。
這種鏡頭必須與其它物鏡一起使用,，其自身不能成像。在與光纖鏡頭配用時(shí),，它將光纖束輸出端上面的圖像投射到傳感器上。與分像鏡頭或拐角鏡頭配用時(shí),，它也可以將雙景圖像或改向的圖像投射到傳感器上,。中繼鏡頭可以被看作是一個(gè)沒有放大倍數(shù)的附加鏡頭，在與普通鏡頭配用時(shí),，它的主要作用是使得鏡頭和傳感器之間的距離適當(dāng)增大,。
㈤自動聚焦鏡頭
    自動聚焦鏡頭在安全方面的應(yīng)用相當(dāng)有限，這是因?yàn)樗膬r(jià)格比普通的手動調(diào)焦鏡頭要昂貴,。自動聚焦鏡頭主要用于便攜式家用攝錄機(jī),。這種機(jī)器所使用的鏡頭都是變焦鏡頭。
自動聚焦技術(shù)共有三種：主動紅外測距,、超聲波定位和固態(tài)三角測量,。
    主動紅外自動聚焦使用的是三角測量原理。鏡頭中有一個(gè)發(fā)光二極管,，可以向變焦鏡頭場景中心區(qū)域發(fā)射一小束紅外線,。接收透鏡將反射回來的紅外光投射到鏡頭旁的兩個(gè)硅探頭上。鏡頭內(nèi)的微處理器電路再根據(jù)鏡頭聚焦環(huán)的物理位置和CCD傳感器上得來的數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)與攝像機(jī)之間的距離,。之后,，微處理器電路會控制變焦鏡頭上的電動聚焦環(huán)，使中心目標(biāo)清晰地聚焦在傳感器上,。
    自動聚焦鏡頭不能適用于所有的工作場合,。如果目標(biāo)不反射紅外光，或目標(biāo)將所有紅外光都反射到了其它方向,，從而致使攝像機(jī)接收不到回光,，或目標(biāo)超出了系統(tǒng)的工作范圍，都將無法觸發(fā)系統(tǒng)的自動聚焦功能,。