1.鏡頭的相關(guān)參數(shù)

(1)焦距

焦距是光學(xué)鏡頭的重要參數(shù)，通常用f來表示。焦距的大小決定著視場角的大小,，焦距數(shù)值小,，視場角大，所觀察的范圍也大,，但距離遠的物體分辨不很清楚,；焦距數(shù)值大，視場角小,，觀察范圍小,，只要焦距選擇合適，即便距離很遠的物體也可以看得清清楚楚,。由于焦距和視場角是一一對應(yīng)的,，一個確定的焦距就意味著一個確定的視場角，所以在選擇鏡頭焦距時,，應(yīng)該充分考慮是觀測細節(jié)重要,，還是有一個大的觀測范圍重要，如果要看細節(jié),，就選擇長焦距鏡頭,；如果看近距離大場面，就選擇小焦距的廣角鏡頭,。

(2)光闌系數(shù)

即光通量,，用F表示，以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量,。每個鏡頭上都標有最大F值,，例如6mm/F1.4代表最大孔徑為4.29毫米。光通量與F值的平方成反比關(guān)系,，F(xiàn)值越小,，光通量越大。鏡頭上光圈指數(shù)序列的標值為1.4,，2,，2.8，4,，5.6,，8，11,，16,，22等，其規(guī)律是前一個標值時的曝光量正好是后一個標值對應(yīng)曝光量的2倍,。也就是說鏡頭的通光孔徑分別是1/1.4,，1/2,，1/2.8，1/4,，1/5.6,，1/8，1/11,，1/16,，1/22，前一數(shù)值是后一數(shù)值的根號2倍,，因此光圈指數(shù)越小,，則通光孔徑越大，成像靶面上的照度也就越大,。

(3)景深

攝影時向某景物調(diào)焦,，在該景物的前后形成一個清晰區(qū),，這個清晰區(qū)稱為全景深,，簡稱景深。 決定景深的三個基本因素：

光圈: 光圈大小與景深成反比,，光圈越大,，景深越小。

焦距: 焦距長短與景深成反比,，焦距越大,，景深越小。

物距: 物距大小與景深成正比,，物距越大,，景深越大。

(4)光譜特性

光學(xué)鏡頭的光譜特性主要指光學(xué)鏡頭對各波段光線的透過率特性,。在部分機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中,，要求圖像的顏色應(yīng)與成像目標的顏色具有較高的一致性。因此希望各波段透過光學(xué)鏡頭時,，除在總強度上有一定損失外,，其光譜組成并不發(fā)生改變。

影響光學(xué)鏡頭光譜特性的主要因素為：膜層的干涉特性和玻璃材料的吸收特性,。在機器視覺系統(tǒng)中,，為了充分利用鏡頭的分辨率，鏡頭的光譜特性應(yīng)與使用條件相匹配,。即：要求鏡頭最高分辨率的光線應(yīng)與照明波長,、CCD器件接受波長相匹配，并使光學(xué)鏡頭對該波長的光線透過率盡可能的提高,。

(5)鏡頭的分辨率

描述鏡頭成像質(zhì)量的內(nèi)在指標是鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)與畸變,，但對用戶而言,，需要了解的僅僅是鏡頭的空間分辨率，以每毫米能夠分辨的黑白條紋數(shù)為計量單位,，計算公式為：鏡頭分辨率Ｎ＝180／畫幅格式的高度,。由于攝像頭CCD靶面大小已經(jīng)標準化，如1/2英寸攝像頭,，其靶面為寬6.4mm＊高4.8mm,，1/3英寸攝象機為寬4.8mm＊高3.6mm。因此對1/2英寸格式的CCD靶面,，鏡頭的最低分辨率應(yīng)為38對線／mm,，對1/3英寸格式攝像頭，鏡頭的分辨率應(yīng)大于50對線,，攝像頭的靶面越小,，對鏡頭的分辨率越高。

(6) 光圈或通光量

鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量,，以Ｆ為標記,，每個鏡頭上均標有其最大的Ｆ值，通光量與Ｆ值的平方成反比關(guān)系,，Ｆ值越小,，則光圈越大。所以應(yīng)根據(jù)被監(jiān)控部分的光線變化程度來選擇用手動光圈還是用自動光圈鏡頭,。

(7)鏡頭接口  

鏡頭和攝像頭之間的接口有許多不同的類型,，工業(yè)攝像頭常用的包括C接口、CS接口,、F接口,、V接口、T2接口,、徠卡接口,、M42接口、M50接口等,。接口類型的不同和鏡頭性能及質(zhì)量并無直接關(guān)系,，只是接口方式的不同，一般可以也找到各種常用接口之間的轉(zhuǎn)接口,。

以鏡頭安裝分類所有的攝像頭鏡頭均是螺紋口的,，CCD攝像頭的鏡頭安裝有兩種工業(yè)標準，分別是C-mount 和 CS-mount,。兩者都有一個1英寸長的螺紋,，但兩者不同在于鏡頭安裝到攝像頭后，鏡頭到傳感器之間的距離：

CS-mount： 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應(yīng)為12.5 mm

C-mount： 圖像傳感器到鏡頭之間的距離應(yīng)為17.5 mm,。一個5 mm的墊圈(C/CS 連接環(huán)) 可用于將C-mount 鏡頭轉(zhuǎn)換為CS-mount 鏡頭

2.鏡頭各參數(shù)間的相互影響關(guān)系

(1)焦距大小的影響情況：

焦距越小,，景深越大,；

焦距越小，畸變越大,；

焦距越小,，漸暈現(xiàn)象越嚴重，使像差邊緣的照度降低,；　

　

(2)光圈大小的影響情況：

光圈越大,，圖像亮度越高；

光圈越大,，景深越?。?/span>

光圈越大,，分辨率越高,；

　　

(3)像場中央與邊緣:

一般像場中心較邊緣分辨率高；

一般像場中心較邊緣光場照度高,；

(4)光波長度的影響：

在相同的攝像頭及鏡頭參數(shù)條件下,，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高,。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統(tǒng)中,，盡量采用短波長的單色光作為照明光源,，對提高系統(tǒng)精度有很大的作用,。

3.鏡頭選購的硬性指標

1、鏡頭焦距：方案設(shè)計人員在考慮鏡頭指標時需要根據(jù)監(jiān)控目標的位置,、距離,、CCD規(guī)格，以及監(jiān)控目標在監(jiān)視器上的圖像效果等綜合地來進行考慮,，以選擇最合適的焦距的鏡頭,。比如，生產(chǎn)線監(jiān)控,，一般需要監(jiān)看比較近的物體,，而且對清晰度要求較高。這種情況,，定焦鏡頭的效果一般要比變焦的好,，所以通常會選擇短焦距定焦鏡頭。

如2.8mm,、4mm,、6mm、8mm等,。又如監(jiān)控室內(nèi)目標時,，選擇的焦距不會太大,，一般會選擇短焦距的手動變焦鏡頭，如3.0-8.2mm,、2.7-12.5mm等;道路監(jiān)控中,，多車道監(jiān)控要用焦距短一些的，如6-15mm;十字路口的紅綠燈車牌監(jiān)控要用相應(yīng)長一些的焦距,，如6-60mm;城市治安監(jiān)控一般就要用到焦距更長一些的電動變焦鏡頭,，如6-60mm、8-80mm,、7.5-120mm等;高速公路,、鐵路、河道,、環(huán)境檢測,、森林防火、機場,、邊海防等,，一般要用到大變倍長焦距的電動變焦鏡頭，如10-220mm,、13-280mm,、10-330mm、15-500mm及10-1100mm等,。

2,、視場角范圍：視場角范圍計算是有公式的，知道鏡頭的焦距,、CCD尺寸,，視場角就可以推算出來。鏡頭有這樣的規(guī)律：焦距越大,，監(jiān)控得越遠,，視場角就越小;焦距越小，監(jiān)控距離就近,，視場角就大,，焦距和視場角是反比關(guān)系。如在一些有手動變焦鏡頭需求的項目中,，視場角范圍是最先需要考慮的,，所以一般會根據(jù)視場角范圍來確定所選焦距范圍。電動變焦鏡頭因為是可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境隨時用鍵盤控制變焦,、聚焦的,，所以視場角范圍不是太需要考慮。但是當電動變焦鏡頭的起始焦距過大(比如起始焦距超過20mm)時,，是無法實現(xiàn)大范圍監(jiān)控的,。

3,、鏡頭的光圈：鏡頭的通光量以鏡頭的焦距和通光孔徑的比值來衡量(F=f/D)，以F標記,。每個鏡頭上均標有其最大F值,，F(xiàn)值越小，則光圈越大,。對于恒定光照條件的環(huán)境,，可以選用固定光圈的鏡頭，這種一般為實驗室環(huán)境;對于光照度變化不明顯的環(huán)境,，常會選用手動光圈鏡頭,，即將光圈調(diào)到一個比較理想的數(shù)值后固定下來就可以了;如果照度變化較大，需24小時的全天候室外監(jiān)控,，應(yīng)選用自動光圈鏡頭,。

自動光圈鏡頭分為兩類：一類稱為視頻(VIDEO)驅(qū)動型，鏡頭本身包含放大器電路,，采用將攝像頭傳來的視頻幅度信號轉(zhuǎn)換成對光圈馬達的控制,。另一類稱為直流(DC)驅(qū)動型，利用攝像頭上的直流電壓來直接控制光圈,。這種鏡頭只包含電流計式光圈馬達,，要求攝像頭內(nèi)有放大器電路。對于各類自動光圈鏡頭,，通常還有兩項可調(diào)整旋鈕,，一是ALC調(diào)節(jié)(測光調(diào)節(jié))，有以峰值測光和根據(jù)目標發(fā)光條件平均測光兩種選擇,，一般取平均測光檔,。另一個是LEVEL調(diào)節(jié),，可使輸出圖像變得明亮或者暗淡,。但需注意的是，如果光照度一直是不均勻的,，比如監(jiān)控目標與背景光反差較大時,，采用自動光圈鏡頭的話，光圈的電機可能會一直處于隨時動作的狀態(tài),，監(jiān)控的效果并不理想,，這種情況下，一般需要鏡頭配合攝像機的背光補償功能來實現(xiàn),，采用寬動態(tài)的攝像機也會有比較不錯的效果,。

鏡頭的光圈開到最大的時候，它的解像力一般是最高的,。

至于原因可以用一個比喻來說明：假設(shè)鏡頭有10000個小洞來透光的,，光源A,，成像為B，在最大光圈情況下,，A透過10000個洞形成的B是由10000個像組成的;在小光圈下,，鏡頭中只有100個小洞是開放的，所以B只有100個像組成;在中等光圈下,，這個值大概是2000左右,，所以這個時候解像力就遠高于小光圈。但是為什么我們不一直用大光圈從而獲得最佳的解像力呢?這就牽涉到鏡頭的另外一個指標--景深,。當鏡頭對物體對焦時,，在物體(聚焦點)前后若干距離內(nèi)的物體，也會有比較清晰影像,，景深即是這段前后比較清晰的距離范圍,。鏡頭的光圈和景深的大小成反比，大光圈的時候,，幾乎沒有景深可言,，得到的監(jiān)控圖像的背景將一片模糊。所以鏡頭的光圈并非是越大越好,，還要看監(jiān)控的環(huán)境,。

4、鏡頭的成像圓尺寸：在監(jiān)控項目中,，與槍型攝像機匹配的鏡頭的成像圓口徑一般為1/3英寸或1/2英寸,。鏡頭的成像圓不應(yīng)小于攝像機的CCD尺寸，否則將出現(xiàn)黑角,。相同焦距不同口徑的鏡頭匹配同樣尺寸的攝像機時,，監(jiān)控到的物體的距離及得到的視場角是有差異的。如在1/2英寸CCD的攝象機中,，標準鏡頭焦距大概為12mm時,，有30度的視場角;而在1/3英寸CCD的攝象機中，標準鏡頭焦距在8mm左右即可擁有30度的視場角,。

最后,，還需要考慮鏡頭的接口類型，鏡頭接口與攝像機接口要一致?，F(xiàn)在攝像機和鏡頭通常都是CS型接口,，CS型攝像機可以和CS型、C型鏡頭配接,，但和C型鏡頭接配時,，必須在鏡頭和攝像機之間加轉(zhuǎn)接環(huán)，否則可能碰壞CCD成像面的保護玻璃，造成CCD攝像機的損壞,。C型攝像機不能和CS型鏡頭配接,。

4、鏡頭選購的可選性指標

鏡頭可選性指標,，如有AS非球面鏡頭,、紅外感應(yīng)(IR)鏡頭、SD超低色散鏡頭,、百萬像素高清鏡頭,、電動變焦AF自動聚焦鏡頭等。下面逐點進行論述,。

1,、AS非球面鏡片

AS非球面技術(shù)大家都不陌生。改球面鏡片為非球面鏡片,，從而將鏡片邊緣部最容易出現(xiàn)的球面像差糾正,。體現(xiàn)在監(jiān)控圖像上，即改善廣角時畫面周邊的成像質(zhì)量;而且由于一片非球面可以抵得上數(shù)片球面鏡片的作用,，鏡片數(shù)目的減少,，也會減少色差，增加圖像的對比度;并且鏡頭的長度將會有所減小,，容易做出長度更短的鏡頭,，但為了盡可能增大光亮度指標，鏡頭的口徑一般不會變小,，反而越大越好;再次,，鏡片數(shù)目的減少，光通過鏡頭時的損耗會小很多,，也容易做出更大光通量的鏡頭,，如F0.98。

2,、IR日夜轉(zhuǎn)化

IR日夜型鏡頭采用添加特殊元素的玻璃材料,，提高了紅外光波段的折射和聚焦率，使其更接近可見光的折射率水平,，所以紅外IR鏡頭可以做到白天和夜晚的共焦面，使監(jiān)控畫面全天候清晰,。

3、SD超低色散鏡片

SD超低色散鏡片,，由于玻璃中采用了特殊的材料,，分為FK01和FK02兩個等級，具有高折射低色散的特性,，主要是針對可見光部分的光線,，能使彩色圖像鮮艷銳利,。

4,、百萬像素高清鏡頭

百萬像素本來是描述感光元件的像素數(shù)目的，現(xiàn)在被鏡頭廠商引伸出來加以利用了,。

鏡頭本身沒有像素概念，但鏡頭的解像力有好有差,。有的鏡頭廠家用單位距離內(nèi)表現(xiàn)的黑白線對數(shù)來表現(xiàn)鏡頭的解像力,，以區(qū)分普通鏡頭和百萬像素鏡頭,，也不失為一種表現(xiàn)手法。解像力就是一個鏡頭對于細節(jié)捕捉解析度高低的評估,，解像力高的鏡頭,，對于線條點塊記錄較為細膩，對于色彩的微小變化也能忠實反映,。

但這個特點卻與銳度不是一回事，銳度一般指的是圖形邊緣的清晰程度,，而解像力更多指的是層次而言,。上文提過，同焦距條件下的定焦鏡頭成像一般要比變焦鏡頭好,，好在哪里呢?定焦鏡頭解像力高,，原因何在?就是因為鏡頭設(shè)計簡單,，用的鏡片數(shù)量少,，從而可以提高圖像的對比度，減少色差等,。應(yīng)用AS非球面鏡片,、SD超低色散鏡片同樣可以提高鏡頭解像力,。

目前市場上出現(xiàn)的手動變焦百萬像素鏡頭價格要比普通鏡頭高出數(shù)倍,，加上網(wǎng)絡(luò)攝像機中CMOS本身的一些缺陷，數(shù)據(jù)流的增大導(dǎo)致的傳輸帶寬不夠,，以及存儲上的問題,，目前還沒有辦法大規(guī)模普及百萬像素。但百萬像素系統(tǒng)在外界條件允許的情況下,，得到的圖像質(zhì)量確實比模擬的圖像質(zhì)量高出很多,，視頻截取放大后仍然清晰地監(jiān)控圖像在協(xié)助公安部門偵破犯罪案件方面有著很大的潛力。

5,、電動鏡頭AF自動聚焦技術(shù)

AF自動對焦鏡頭，通過鏡頭內(nèi)置的微處理器,，對攝像機給出的復(fù)合視頻信號取樣,、對比，給出圖像明暗度的轉(zhuǎn)換電壓,，驅(qū)動聚焦電機掃描,，掃描過程中的最高電壓即聚焦點的目標,。經(jīng)過1-3秒的搜索響應(yīng)時間,，即可實現(xiàn)清晰聚焦,。自動聚焦鏡頭為目前比較尖端的應(yīng)用,，匹配模擬攝像機及帶有模擬和網(wǎng)絡(luò)兩種輸出信號的百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機都可以實現(xiàn)。對同時需要操控云臺轉(zhuǎn)向及變焦,、聚焦的普通監(jiān)控來說,，自動聚焦鏡頭只需轉(zhuǎn)動云臺方向即可實現(xiàn)清晰監(jiān)控,，監(jiān)控遠處目標也只需拉大變焦按鍵即可實現(xiàn)，免去了繁瑣的監(jiān)控過程,，真正實現(xiàn)了隨心監(jiān)控,。

6,、鏡頭穿塵透霧功能

穿塵透霧是安防行業(yè)近期比較流行的一種監(jiān)控需求,。可見光在通過空氣中的煙塵或霧氣時,，會被阻擋反射而無法通過，所以只能接收可見光的人眼是看不到煙塵霧氣后門的物體的,。而近紅外光線由于波長較長,，可以繞過煙塵和霧氣并穿透過去，并且攝像機的感光元件可以感應(yīng)到這部分近紅外光,，所以就可以利用這部分光線來實現(xiàn)穿塵透霧的監(jiān)控,。