由于應(yīng)用環(huán)境各異及認(rèn)知的缺失，部分工程商不僅在鏡頭選擇上費(fèi)盡周折，在其安裝施工過程中也遭遇不少棘手的難題。本文即以筆者經(jīng)驗(yàn)，就鏡頭在監(jiān)控系統(tǒng)工程上的應(yīng)用心得與業(yè)界同仁探討與分享。

　　鏡頭(Lens)是攝像機(jī)的眼睛，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到攝像機(jī)成像畫面是否清晰。因而若要實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的效能最大化，除了攝像機(jī)自身攝像組件與電路設(shè)計(jì)優(yōu)良外，還需為其選配一款適當(dāng)?shù)溺R頭。鏡頭是由一組或多組光學(xué)玻璃鏡片所組成，其透過機(jī)械的結(jié)構(gòu)以光學(xué)原理形成物像。不同的鏡片組合，成像距離也各有長短。為滿足用戶對(duì)不同視覺距離與角度范圍的需求，廠商相應(yīng)產(chǎn)出不同類型的監(jiān)控?cái)z像機(jī)鏡頭。然而由于鏡頭應(yīng)用環(huán)境各異及對(duì)其認(rèn)知的缺失，部分工程商不僅在鏡頭選擇上費(fèi)盡周折，在其安裝施工過程中也遭遇不少棘手的難題。本文即以筆者經(jīng)驗(yàn)，就鏡頭在監(jiān)控系統(tǒng)工程上的應(yīng)用心得與業(yè)界同仁探討與分享。

　　監(jiān)控?cái)z像機(jī)鏡頭應(yīng)用類型

　　因鏡頭的重要性，在進(jìn)行監(jiān)控工程設(shè)計(jì)規(guī)劃前，只有先摸清鏡頭的類型及其應(yīng)用方式，并了解其搭配應(yīng)用的特性，才能發(fā)揮鏡頭最佳成像。以目前國內(nèi)分類方式來說，鏡頭大致可以分為如下十種類型。

　　· 固定光圈鏡頭：定焦且固定光圈，主要用于環(huán)境光線固定的場所;

　　· 手動(dòng)光圈鏡頭：定焦但光圈可調(diào)，主要用于環(huán)境光線固定但明暗不定的場所;

　　· 自動(dòng)光圈鏡頭(DC-drive)：固定焦距，使用DC電壓驅(qū)動(dòng)用于環(huán)境光線變化性的固定范圍場所;

　　· 自動(dòng)光圈鏡頭(Video-drive)：固定焦距，使用視頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)用于環(huán)境光線變

　　化性的固定范圍場所;

　　· 手動(dòng)光圈變焦鏡頭：主要用于室內(nèi)環(huán)境光線程度不定且范圍大小不一的場所;

　　· 自動(dòng)光圈變焦鏡頭：主要用于室外環(huán)境光線程度不定且范圍大小不一的場所;

　　· 板機(jī)鏡頭(on-Board)：以搭配紅外線攝像機(jī)為主，室內(nèi)外均適用;

　　· 魚眼全景鏡頭：主要用于室內(nèi)環(huán)境光線程度不定且范圍大小特定的場所;

　　· 電動(dòng)變焦鏡頭：可遙控焦距景深及光圈，主要用于室內(nèi)外環(huán)境光線程度不定而且景深范圍大小可依要求調(diào)整的場所;

　　· 針孔鏡頭(Pin-Hole): 主要用于隱匿監(jiān)控及環(huán)境光線不定且范圍特定的場所。

　　由以上鏡頭分類可看出，各類鏡頭的區(qū)別主要在其用途及應(yīng)用環(huán)境需求上。因此在實(shí)際應(yīng)用上，如何完美地搭配鏡頭，對(duì)工程商來說也是一大考驗(yàn)。

　　鏡頭選型與視頻畫質(zhì)關(guān)系

　　無論何種監(jiān)控工程的應(yīng)用中，視頻畫質(zhì)效果皆是考核鏡頭優(yōu)劣的核心因素。好的攝像機(jī)如果配上不好的鏡頭，就不能得到高質(zhì)量的監(jiān)控畫面。同理，如果好的鏡頭卻配上不好的攝像機(jī)，那也不會(huì)有好的視頻畫面呈現(xiàn)。高質(zhì)量鏡頭不但在成像清晰度、對(duì)比度及亮度、色彩還原度具備尚佳表現(xiàn)，而且畫面畸變率變形小。在與攝像機(jī)搭配上，鏡頭選型應(yīng)考慮的因素包含下列幾項(xiàng)。

　　· F值越小表示光通量越高。如果攝像機(jī)自身設(shè)有的照度計(jì)對(duì)通光量F值有一定要求，那么工程人員就更需要意識(shí)到鏡頭的光通量一定要大于攝像機(jī)的通光量，如攝像機(jī)是F1.4，則至少要選用F1.4或F1.2的鏡頭才能與之匹配;

　　· 鏡頭座的匹配。也就是C與CS Mount必須相互匹配。當(dāng)然，在目前大部分采用5mm配接環(huán)下此問題不大，不過在安裝環(huán)節(jié)故障層出不窮(該部分將在安裝章節(jié)上向讀者說明);

　　· 光圈范圍大，即f值由小到大的數(shù)值范圍越大越好，由此能使搭配的攝像機(jī)對(duì)環(huán)境光線條件的適應(yīng)足夠應(yīng)付任何光照條件變化;

　　· 鏡片鍍膜要均勻。目前質(zhì)量較高的鏡片的鍍膜都是多層復(fù)合型鍍膜。復(fù)合型鍍膜可有效地抑制逆光及光線散射，以使攝像機(jī)避開光線造成的畫面不良影響;

　　· 非球面的鏡頭搭配應(yīng)用，無論百萬還是非百萬攝像機(jī)應(yīng)用，搭配非球面鏡對(duì)攝像機(jī)畫面光線的整體平均度皆有很大改善。因?yàn)榉乔虻溺R頭，在清晰度、對(duì)比度、畫面亮度上較之球面鏡頭皆有較好的效果;

　　· 最好選用有焦距、景深或光圈都有固定鎖定的調(diào)節(jié)螺絲。因?yàn)殓R頭應(yīng)用在各種不同環(huán)境及固定條件下，如果有此裝置可以避免已調(diào)節(jié)好的畫面因攝像機(jī)震動(dòng)而發(fā)生畫質(zhì)變動(dòng);

　　· 選用與鏡頭安裝方便及大小結(jié)構(gòu)適合的攝像機(jī)，過大或過小的鏡頭都會(huì)給攝像機(jī)安裝調(diào)整或施工上帶來不便，尤其是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的鏡頭更需謹(jǐn)慎采用;

　　· 紅外線鏡頭的選用不是絕對(duì)的，在(Day & Night)日夜型攝像機(jī)與(Low-Light)低照度攝像機(jī)匹配上要慎之又慎。而ICR(彩轉(zhuǎn)黑)攝像機(jī)對(duì)IR鏡頭沒有偏好，相反，在黑白條件下，IR鏡頭反而可能是一種過度的功能浪費(fèi);

　　· 透過攝像機(jī)對(duì)紅外線波場的感應(yīng)范圍來選擇(LD低散射光學(xué)鏡片)鏡頭。一般IR的紅外線感應(yīng)波長約是在300-750nm范圍，但如果存在透霧的需求，那么攝像機(jī)及鏡頭在紅外線感應(yīng)波長上都必須要達(dá)到700-950nm的范圍，因?yàn)橹挥胁ㄩL達(dá)到該范圍，才能發(fā)揮透霧的功效;[nextpage]

　　· 鏡頭在攝像機(jī)的搭配上還必須注意口徑上的搭配，過去單純的1/2、1/3及1/4英寸口徑已經(jīng)不是定律，隨著CMOS感光芯片的發(fā)展，越來越多的大小取像口徑尺寸出現(xiàn)，鏡頭的搭配口徑大于攝像機(jī)的口徑這一原則依舊不變，然而該原則在工程中也時(shí)有造成錯(cuò)誤的選型應(yīng)用。

　　對(duì)于工程人員來說，以上所述的鏡頭在與攝像機(jī)搭配選型時(shí)的數(shù)項(xiàng)重要參考因素內(nèi)容至關(guān)重要。同樣，在鏡頭工程施工安裝上常常出現(xiàn)的問題與錯(cuò)誤施作亦不容小視。

　　鏡頭安裝與施工常見問題

　　鏡頭施工與安裝技藝并非高深莫測，然而在施工過程中，由于種種原因，鏡頭施工安裝錯(cuò)誤屢見不鮮，以致鏡頭結(jié)構(gòu)或電路受損。那么，這些常見問題主要包含哪些呢?

　　鏡頭配接環(huán)組裝順序錯(cuò)誤

　　鏡頭配接環(huán)組裝順序是工程人員在鏡頭安裝上的最大盲點(diǎn)，由此帶來的直接后果是鏡頭損壞。由于C與CS配接環(huán)在鏡頭安裝上時(shí)有應(yīng)用，而眾多工程人員往往先把配接環(huán)與攝像機(jī)先組合鎖緊，爾后再將鏡頭鎖入配接環(huán)上，而部分鏡頭在設(shè)計(jì)上會(huì)以一種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)配合攝像機(jī)背焦(Back Focus)的調(diào)整或是攝像機(jī)上松脫螺絲的機(jī)械背焦調(diào)整，這些調(diào)整下需要鏡頭能在配接環(huán)上轉(zhuǎn)動(dòng)或與配接環(huán)一起傳動(dòng)才能獲得最佳焦距清晰點(diǎn)。但因?yàn)楣こ倘藛T組裝時(shí)出現(xiàn)排序錯(cuò)誤，使得配接環(huán)死鎖在鏡頭一側(cè)。如此一來，在缺少自動(dòng)背焦(ABF)功能情形下，松脫配接環(huán)，不但無法合理調(diào)整背焦，甚至出現(xiàn)因使力不當(dāng)造成鏡頭螺牙磨損或鏡頭上塑料材質(zhì)的螺牙座扭斷。

　　鏡頭組裝未帶手套致使鍍膜損壞

　　在鏡頭組裝過程中，工程人員最常發(fā)生的施工故障即是未帶手套或保護(hù)致使鍍膜損壞。部分工程人員由于缺乏保護(hù)鏡頭(裝上鏡頭保護(hù)蓋進(jìn)行安裝)及施工時(shí)對(duì)精密設(shè)備或光學(xué)部件有保護(hù)及謹(jǐn)慎施作的意識(shí)，因而在鏡頭組裝好時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鏡片面上殘留有自己的指紋或其它污垢。經(jīng)驗(yàn)老道的工程人員會(huì)取來適當(dāng)?shù)亩趸燃笆苗R布或鹿皮進(jìn)行擦拭，然仍然有部分人員出于簡便，選擇用衣服一抹或用不當(dāng)?shù)募埥聿潦?，其不但?duì)鏡頭鏡片表面鍍膜產(chǎn)生破壞，而且也傷及視頻畫面及鏡頭“元?dú)狻薄?/p>

　　鏡頭裝于保護(hù)罩中未適當(dāng)留下窗口間距

　　安裝電動(dòng)鏡頭時(shí)，最容易被疏忽的是鏡頭裝于保護(hù)罩中未適當(dāng)留下窗口間距。工程人員在施工后做景深或焦距調(diào)整時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，畫面居然可看到攝像機(jī)或鏡頭本身在保護(hù)罩上反射的圖像。此時(shí)即便通過操作景深(ZOOM)或調(diào)整焦距(FOCUS)仍無法改變畫面扭動(dòng)。經(jīng)驗(yàn)不足的工程師會(huì)誤以為攝像機(jī)自身沒有調(diào)整好，然實(shí)為鏡頭在保護(hù)罩內(nèi)安裝錯(cuò)誤間距所致。

　　鏡頭在無適當(dāng)保護(hù)下進(jìn)行組裝

　　在鏡頭組裝過程中，大部分工程人員都會(huì)小心翼翼地組裝鏡頭。鏡頭價(jià)格不菲，稍有不慎造成鏡頭損壞，難逃其咎。然而，部分工程人員在組裝攝像機(jī)與鏡頭時(shí)疏于保護(hù)，甚至選擇在現(xiàn)場位置上進(jìn)行。在缺少保護(hù)軟墊等其他防范措施情形下，極易造成鏡頭外表損壞、內(nèi)部光圈快門頁片受損或風(fēng)沙附著在鏡片上。

　　鏡頭組裝自動(dòng)光圈連接線路焊接錯(cuò)誤

　　在鏡頭廠家的努力下，大多類型鏡頭已實(shí)現(xiàn)預(yù)置線路及接頭的處理，如此一來，類似線路焊接錯(cuò)誤造成的鏡頭伺服馬達(dá)燒毀不復(fù)存在。然而部分電動(dòng)鏡頭由于供貨或現(xiàn)場保護(hù)罩配合上存在一定瑕疵，因而工程人員仍需了解并熟練這些接線與細(xì)微電路焊接技術(shù)。筆者曾發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)工程中出現(xiàn)所有鏡頭的自動(dòng)光圈驅(qū)動(dòng)線路接頭焊接短路的事故，這給工程施作帶來莫大損失及成本消耗，身為工程商不得不預(yù)防此類問題發(fā)生。

　　鏡頭的目標(biāo)攝像推算方式

　　鏡頭取像成像的公式及推算方式很多，下面介紹說明其中一種相對(duì)簡易的方式。當(dāng)然方式公式都不盡相同，以下僅供參考。

　　焦距的計(jì)算

　　1、公式計(jì)算法：視界大小和焦距的計(jì)算。視界大小是指被攝像物體的大小，視界的大小則是以鏡頭至被攝像物體距離，鏡頭焦距及所要看到的成像大小確定的。

　　2、鏡頭的焦距視界大小及鏡頭到被攝像物體的距離的計(jì)算如下。

　　基本公式：f=wL/W 另一反推`f=hL/H;

　　其中f：鏡頭焦距(mm);

　　小寫w：影像的寬度(被攝像體在攝像機(jī)CCD上成像的寬度mm);

　　大寫W：被攝像體的實(shí)體寬度;

　　L：被攝像體到攝像機(jī)鏡頭的距離;

　　小寫h：影像高度(被攝像體在攝像機(jī)CCD上成像高度);

　　視界高度(可看到的攝取場景);

　　H：被攝物體的高度;

　　CCD規(guī)格尺寸：單位mm 規(guī)格。

　　鏡頭的工程應(yīng)用發(fā)展趨勢

　　在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展衍進(jìn)過程中，攝像機(jī)鏡頭應(yīng)用也在不斷向前推進(jìn)，其技術(shù)演變大致包含以下部分。

　　首先是P-Iris。先前如果鏡頭要光圈大，容易產(chǎn)生淺景深效應(yīng)使得整個(gè)監(jiān)控畫面背景變模糊，景深清晰與光圈范圍很大兩者不可兼得，因此才有了這種P-Iris光圈控制型式產(chǎn)生，但這種方式不是每一家攝像機(jī)及鏡頭廠商都可以在攝像機(jī)內(nèi)做到或鏡頭上電路做到，因此還有很多的爭議，只是它可以改善景深背景與光圈大小的問題，這是鏡頭發(fā)展的一大趨勢;其次，高清鏡頭占有率大幅提升但不會(huì)壟斷，高清雖然已成為監(jiān)控?cái)z像機(jī)發(fā)展的潮流，但要大規(guī)模的高清攝像機(jī)及鏡頭應(yīng)用仍需時(shí)日;最后則是國內(nèi)自有CCTV鏡頭品牌漸成工程應(yīng)用主流。與國際品牌相比，國內(nèi)鏡頭產(chǎn)品不論質(zhì)量還是價(jià)格上都在日趨貼近，中國的光學(xué)行業(yè)發(fā)展雖則晚于日韓諸國，然而在光學(xué)加工業(yè)中，中國鏡頭企業(yè)并不疏于國外競爭對(duì)手，在某些環(huán)節(jié)甚至強(qiáng)于國際廠商。