光学镜头基础知识和选择

光学镜头基础知识和选择陈爱民 2012-06-25

Optical lens

目录

镜头简介

镜头成像影响因素镜头参数 镜头分类

摄像机镜头选择方法

实例及注意事项

一、镜头简介 摄像机镜头为视频监控系统最关键的设备，它的指标优劣直接影响摄像机的整机性能指标， 因此摄像机镜头的选择是否恰当直接关系到整机性能效果，同时关系到工程造价。 它相当于人眼的晶状体。----没有了镜头，则摄像头出来的图像则是白茫茫的一片，得不到 清晰的图像输出。 当人眼肌肉无法正常将晶状体拉伸到正常位置，也就是人们所说的近视眼，眼前的世界模 糊不清，摄像头与镜头的匹配也有类似的情况，当图像模糊不清时，可以调整摄像头的后焦 距，改变CCD或者CMOS靶面与镜头基准面的距离(相当于调整人眼球内的晶状体位置), 从而将模糊的图像变的清晰了。 由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要。

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二、镜头成像影响因素 镜头分不同类型，同一类型，对于成像质量也会存在较大差异性。主要取决于：镜头材质 、加工精度、镜头结构。同时造成不同档次镜头的价格上几百到几万的差异性。 像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下：

球差

彗差

色差

畸变

二、镜头成像影响因素

分辨率(清晰度)

其它(色散、IR效果等

明锐度(对比度) 景深

评价镜头的几个主要因素

DOF

3、景深，顾名思义，就是背景的深度. Depth of Field (DOF) 概念：当摄像机镜头对着某一物体聚焦清晰时，在镜头中心所对的位置垂直镜头轴线的同一平面的点都可 以在CCD或CMOS上相当清晰的图像，在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成 眼睛可以接受的较清晰的像点，把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫做摄像机的景深

DOF

影响景深的因素：景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离改变而变化

对于固定焦距与拍摄距离，使用光圈越大，景深越小

DOF

DOF

主要因素对景深的影响如下(假定其他条件不变的情况下): 1、镜头光圈： 光圈越大，景深越小，光圈越小，景深越大。2、镜头焦距： 焦距越长，景深越小，景深越小，景深越大。 3、拍摄距离： 距离越远，景深越大，距离越近，谨慎越小。

三、镜头参数---成像尺寸

镜头的光学特性主要包含成像尺寸、焦距、相对孔径、视场角等几个主要参数，一般在镜头所附的规格说 明书上都有标注，以下分别做介绍。 成像尺寸：一般分为1”、2/3、1/2、1/3、1/4等几种规格成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与Sensor 靶面尺寸大小相吻合。镜头尺寸规格

≧Sensor靶面尺寸, 注：当镜头的成像尺寸比摄像机靶面大时，不会影响成像，但 实际成像的视场角度会比镜头标称的要小。而镜头的成像尺寸比摄像机成像靶面小时，会影响成像，表现为成像的画面 四角会被镜头遮挡，在画面的四个角上显示暗角。

镜头成像尺寸与SENSOR靶面关系

三、镜头参数—视场角镜头视场角：每个镜头有一个视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角,视场角与镜头的焦距F 及摄像机Sensor靶面尺寸有关，镜头的水平视场角ah与垂直视场角a可分别由下面公式来计算 ah=2arctg(h/2f) av=2arctg(v/2f) 由以上可知，镜头的焦距越短，其视场角越大，或者SENSOR靶面尺寸h或v越大，其视场角越大。

三、镜头参数---视场角

不同焦距镜头所对应的视场角

三、镜头参数---附接口说明镜头与摄像机之间接口有不同类型。 工业摄像机接口通常包含如下接口：C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、莱卡接口、M42接口 、M50接口、M12接口、Φ14接口等。 说明：接口定义不同与镜头的性能质量并无直接关系，只是接口的方式不同，一般可以找相应接口的 转换座。 C接口及CS接口是摄像机类的最常见的国际标准接口，两种接口的螺纹都采用英制螺纹，螺纹连接一样 主要区别如下： 1、C接口的后截距为17.5mm,CS接口后截距为12.5mm。 从而CS接口的摄像机可以和C或CS接口镜头连接使用，只是使用C接口镜头时使用一5mm连接圈。 C型接口的摄像机不能使用CS接口的镜头。

三、镜头参数—附接口说明

C与CS接口主要区别

四、镜头分类以镜头规格分类

以镜头安装方式分类

以镜头视场角大小分类

镜头分类

以镜头光圈分类

以镜头焦距分类

以镜头透过光线分类

四、镜头分类

以镜头光圈分类： 1、手动光圈镜头(manual iris),适合于亮度不变或变化不大的应用场合。 2、自动光圈镜头 (auto iris),适合于亮度变化较大的应用场合。 DC驱动输入型 视频信号输入型 说明：对于采用自动光圈镜头，对于下列应用是比较理想的选择： 1)、在如太阳光直射等非常亮的场景下，用自动光圈可以获得较宽的动态范围。 2)、要求在整个视野有良好聚焦的情况下，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。

四、镜头分类

以镜头焦距分类：短焦距镜头：入射角较宽，可以提供一较宽广的视野 中焦距镜头：标准镜头，如现在使用4、6、8、12mm镜头。

定焦距(自动光圈 与固定光圈)

按 焦 距 分 类

长焦距镜头：入射角较窄，仅能提供狭窄的视景，使用于长距离监控。

三可变镜头：可调焦、可变倍、可调光圈变焦距(电动式)

两可变镜头：可调焦、可变倍

四、镜头分类以镜头透过光线分类：

黑白镜头

IR镜头

彩色镜头

以透光性分类