鏡頭的角度是如何分類的?

【專家解說】：http://www.dvsbbs.com/dispbbs.asp?boardID=5&ID=2295&page=13請查看，閱讀便知。 鏡頭常識在電視監(jiān)控系統(tǒng)中如何根據(jù)現(xiàn)場被監(jiān)視環(huán)境，正確選用攝像機鏡頭是非常重要的，因為它直接影響到系統(tǒng)組成后在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視面畫的效果能否滿足系統(tǒng)的設計要求(就畫面范圍或圖像細節(jié)而言)，所以正確的選用攝像機鏡頭可以使系統(tǒng)得到最優(yōu)化設計并可獲得良好的監(jiān)視效果。 　　攝像機鏡頭就光圈而言可分為手動光圈鏡頭及自動光圈鏡頭兩種，就焦距而言又可分為定焦鏡頭及變焦鏡頭兩種。 　　下面就以使用環(huán)境的不同談如何正確選用攝像機鏡頭。 1、手動、自動光圈鏡頭的選用 　　手動、自動光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定。 　　對于在環(huán)境照度恒定的情況下，如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里、無陽光直射的房間內(nèi)，均可選用手動光圈鏡頭，這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實際照度，一次性整定鏡頭光圈大小，獲得滿意亮度畫面即可。 　　對于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況，如隨日照時間而照度變化較大的門廳、窗口及大堂內(nèi)等，均需選用自動光圈鏡頭(必須配以帶有自動光圈鏡頭插座的攝像機)，這樣便可以實現(xiàn)畫面亮度的自動調(diào)節(jié)，獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫面。 　　對于自動光圈鏡頭的控制信號又可分為DC及VIDEO控制兩種，即直流電壓控制及視頻信號控制。這在自動光圈鏡頭的類型選用上，攝像機自動光圈鏡頭插座的連接方式上，以及選擇自動光圈鏡頭的驅動方式開關上，三者注意協(xié)調(diào)配合好即可。 2、定焦、變焦鏡頭的選用 　　定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監(jiān)視場景范圍的大小，以及所要求被監(jiān)視場景畫面的清晰程度。 　　在鏡頭規(guī)格(鏡頭規(guī)格一般分為1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情況下，鏡頭焦距與鏡頭視場角的關系為：鏡頭焦距越長，其鏡頭的視場角就越小(見圖1所示)；在鏡頭焦距一定的情況下，鏡頭規(guī)格與鏡頭視場角的關系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場角也越大。所以由以上關系可知：在鏡頭物距一定的情況下，隨著鏡頭焦距的變大，在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就越小，但畫面細節(jié)越來越清晰；而隨著鏡頭規(guī)格的增大，在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景的畫面范圍就增大，但其畫面細節(jié)越來越模糊。在鏡頭規(guī)格及鏡頭焦距一定的前提下，CS型接口鏡頭的視場角將大于C型接口鏡頭的視場角。 　　鏡頭視場角可分為圖像水平視場角以及圖像垂直視場角，且圖像水平視場角大于圖像垂直視場角，通常我們所講的視場角一般是指鏡頭的圖像水平視場角。 　　在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中如電梯轎箱內(nèi)，狹小房間均應采用短焦距廣角或超廣角定焦鏡頭，如選用鏡頭規(guī)格為1/2″，CS型接口，鏡頭焦距為3.6mm或2.6mm鏡頭，這些鏡頭視場角均不小于99°或127°，這對于攝像機在狹小空間里一般標高為2.5m左右時，其鏡頭的視場角范圍足以覆蓋整個近距離狹小被監(jiān)視空間。也可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選用手動變焦鏡頭如日產(chǎn)Computar T2Z2814CS－2鏡頭，這種鏡頭為1/3″CS型接口手動光圈鏡頭，其焦距2倍可調(diào)(手動調(diào)焦)。調(diào)焦范圍為2.8～6.0mm，視場角變化范圍為96°～47.2°，這種鏡頭非常適合在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中使用，在使用時可方便地根據(jù)實際需要，靈活實現(xiàn)對被監(jiān)視場景的“點”或“面”的監(jiān)視效果。 　　對于一般變焦(倍)鏡頭而言，由于其最小焦距通常為6.0mm左右，故其變焦(倍)鏡頭的最大視場角為45°左右，如將此種鏡頭用于這種狹小的被監(jiān)視環(huán)境中，其監(jiān)視死角必然增大，雖然可通過對前端云臺進行操作控制，以減少這種監(jiān)視死角，但這樣必將會增加系統(tǒng)的工程造價(系統(tǒng)需增加前端解碼器、云臺、防護罩等)，以及系統(tǒng)操控的復雜性，所以在這種環(huán)境中，不宜采用變焦(倍)鏡頭。 　　在開闊的被監(jiān)視環(huán)境中，首先應根據(jù)被監(jiān)視環(huán)境的開闊程度，用戶要求在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上所看到的被監(jiān)視場景畫面的清晰程度，以及被監(jiān)視場景的中心點到攝像機鏡頭之間的直線距離為參考依據(jù)，在直線距離一定且滿足覆蓋整個被監(jiān)視場景畫面的前提下，應盡量考慮選用長焦距鏡頭，這樣可以在系統(tǒng)末端監(jiān)視器上獲得一幅具有較清晰細節(jié)的被監(jiān)視場景畫面。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍)鏡頭(電動三可變鏡頭)，這可根據(jù)系統(tǒng)的設計要求以及系統(tǒng)的性能價格比決定，在選用時也應考慮兩點：(1)在調(diào)節(jié)至最短焦距時(看全景)應能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場景畫面的要求；(2)在調(diào)節(jié)至最長焦距時(看細節(jié))應能滿足觀察被監(jiān)視場景畫面細節(jié)的要求。通常情況下，在室內(nèi)的倉庫、車間、廠房等環(huán)境中一般選用6倍或者10倍鏡頭即可滿足要求，而在室外的庫區(qū)、碼頭、廣場、車站等環(huán)境中，可根據(jù)實際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可(一般情況下，鏡頭倍數(shù)越大，價格越高，可在綜合考慮系統(tǒng)造價允許的前提下，適當選用高倍數(shù)變焦鏡頭)。 ２、正確選用鏡頭焦距的理論計算 　　攝取景物的鏡頭視場角是極為重要的參數(shù)，鏡頭視場角隨鏡頭焦距及攝像機規(guī)格大小而變化(其變化關系如前所述)，覆蓋景物鏡頭的焦距可用下述公式計算： (1)f=u·D/U (2)f=h·D/H 　　f：鏡頭焦距、U：景物實際高度、H：景物實際寬度、D：鏡頭至景物實測距離、u：圖像高度、h：圖像寬度 (３)舉例說明：當選用1/2″鏡頭時，圖像尺寸為u=4.8mm，h=6.4mm。鏡頭至景物距離D=3500mm，景物的實際高度為U=2500mm(景物的實際寬度可由下式算出H=1.333·U，這種關系由攝像機取景器CCD片決定)。 　　將以上參數(shù)代入公式(1)中，可得f=4.8·3500/2500=6.72mm，故選用6mm定焦鏡頭即可。 攝像機、鏡頭、防護罩選購常識 一、攝像機 攝像部分一般安裝在現(xiàn)場,它包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架和電動云臺。它的作用是對監(jiān)視區(qū)域進行攝像并將其轉換成電信號。像機分為彩色和黑白兩種，一般黑白攝像機要比彩色的靈敏度高，比較適合用于光線不足的地方，如果使用的目的只是監(jiān)視景物的位置和移動，可采用黑白攝像機；如果要分辨被攝像物體的細節(jié)，比如分辨衣服和景物的顏色，則采用彩色的比較好。攝像機的規(guī)格可分為1/3〃、1/2〃和2/3〃等，安裝方式有固定和帶云臺二種。二、鏡頭 常用的鏡頭種類包括：手動/自動光圈定焦鏡頭和自動光圈變焦鏡頭兩種。 定焦鏡頭分為標準鏡頭和廣角鏡頭兩種。定焦鏡頭的適用范圍如下：手動光圈鏡頭：所需監(jiān)視的環(huán)境照度變化不大，如室內(nèi)。自動光圈鏡頭：所需監(jiān)視的環(huán)境照度變化大，如室外。廣角鏡頭：監(jiān)視的角度較寬，距離較近。標準鏡頭：監(jiān)視的角度和距離適中。變焦鏡頭分為10倍、6倍和2倍變焦鏡頭，另一種分法是：手動變焦和電動變焦（電動光圈和自動光圈）兩種。變焦鏡頭在規(guī)則上可以劃分為：1/3〃、1/2〃和1〃等。選擇變焦鏡頭的原則是：鏡頭的規(guī)格不應小于攝像機的規(guī)格，也就是說1/2〃的鏡頭可以與1/3〃的攝像機一起使用，但是1/3〃的鏡頭就不能夠在1/2〃的攝像機上使用。 三、防護罩防護罩是監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組件。它是使攝像機在有灰塵、雨水、高低溫等情況下正常使用的防護裝置。防護罩分為室內(nèi)型和室外型兩種。一類是室內(nèi)用防護罩，這種防護罩結構簡單，價格便宜。其主要功能是防塵,防止攝像機落灰,并有一定的安全防護作用，如防盜、防破壞,有的也有隱蔽作用，使監(jiān)視場合和對象不易察覺受監(jiān)視。另一類是室外用防護罩，這種防護罩一般為全天候防護罩，即無論刮風、下雨、下雪、高溫、低溫等惡劣情況，都能使安裝在防護罩內(nèi)的攝像機正常工作。有的室外防護罩的玻璃還可以加熱，當防護罩上有結霜時，可以加熱除霜。因而這種防護罩具有降溫、加溫、防雨、防雪等功能?！　⊥瑫r，為了在雨雪天氣仍能使攝像機正常攝取圖像，一般在全天候防護罩的玻璃窗前安裝有可控制的雨刷。 目前較好的全天候防護罩是采用半導體器件加溫和降溫的防護罩。這種防護罩內(nèi)裝有半導體元體，既可自動加溫，也可自動降溫，并且功耗較小。 鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件，鏡頭與CCD攝像機配合，可以將遠距離目標成像在攝像機的CCD靶面上。 鏡頭的種類繁多，從焦距上分類，可分為短焦距、中焦距、和焦距和變焦距鏡頭；從視場的大小分類，可分為廣角、標準、遠攝鏡頭；從結構上分類，還可分為固定光圈定焦鏡頭、手動光圈定焦鏡頭、自動光圈定焦鏡頭、手動變焦鏡頭、自動光圈電動變焦鏡頭、電動三可變鏡頭（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）等類型。由于鏡頭選擇得合適與否，直接關系到攝像質量的優(yōu)劣，因此，在實際應用中必須合理選擇鏡頭。 1、 鏡頭的參數(shù) 鏡頭的光學特性包括成像尺寸、焦距、相對孔徑和視場角等幾個參數(shù)，一般在鏡頭所附的說明書中都有注明，以下分別介紹。 A、成像尺寸 鏡頭一般可分為25. 4mm（lin）、16. 9mm（2/3in）、12. 7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種規(guī)格，它們分別對應著不同的成像尺寸，選用鏡頭時，應使鏡頭的成像尺寸與攝像機的靶面尺寸大小相吻合。表2-1列出了幾種常見CCD芯片的靶面尺寸，表中單位為mm。 標稱芯片尺寸。 1 2/3 1/2 1/3 1/4 CCD感光靶面尺寸 25. 4 16. 9 12. 7 8. 47 6. 35 對角線 16 11 8 6 4.5 垂直 9.6 6.6 4.8 3.6 2.7 水平 12.7 8.8 6.4 4.8 3.6 表2-1 幾種常見CCD芯片的靶面尺寸 由表2-1可知，12. 7mm（1/2in）的鏡頭應配12. 7mm（1/2in）靶面的攝像機，當鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸大時，不會影響成像，但實際成像的視場角要比該鏡頭的標稱視場角小（參見圖2-2），而當鏡頭的成像尺寸比攝像機靶面的尺寸小時，就會影響成像，表現(xiàn)為成像的畫面四周被鏡筒遮擋，在畫面的4個角上出現(xiàn)黑角。1/3’’鏡頭佩1/2’’的CCD B、焦距 在實際應用中，經(jīng)常會有用戶提出該攝像機能看清多么遠的物體或該攝像機能看清多么寬的場景等問題，這實際上由所選用的鏡頭的焦距來決定，因為焦距決定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對同一位置的某物體攝像時，配長焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就大，反之，配短焦距鏡頭的攝像機所攝取的景物尺寸就小。當然，被攝物體成像的清晰度還與所選用的CCD攝像機的分辨率及監(jiān)視器的分辨率有關。 理論上，任何一種鏡頭均可拍攝很遠的物體，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD單元（像素）物理尺寸的限制，當成像小到小于CCD傳感器的一個像素大小時，便不再能形成被攝物體的像，即使成像有幾個像素大小，該像也難以辨識為何物。 當已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離，則可根據(jù)下兩式估算所選取配鏡頭的焦距： f=hD/H f=vD/V 式中，D為鏡頭中心到被攝物體的距離；H和V分別為被攝物體的水平尺寸和垂直尺寸；v為靶面成像的高度；h為靶面成像的水平寬度。 成像場景的大小與成像物體的顯示尺寸是互相矛盾的，舉個例子來說，用同一支攝像機對同一個停車場進行監(jiān)視，選用短焦距鏡頭可以對整個停車場的全景進行監(jiān)視并看到出入口外的車輛進出，但卻不能看清該輛車的牌照號碼（該車在監(jiān)視器屏幕上僅占據(jù)了很小的面積）；而選用長焦距鏡頭雖可以看清該輛車的牌照號碼（該車占據(jù)了屏幕上的大部分面積），卻又不能監(jiān)視到整個停車場的全貌。因此當需要既監(jiān)視全景以要看清局部時，一般應考慮配用電動兩可變或電動三可變鏡頭。當然，在選定了鏡頭的前提下，選用高分辨率的攝像機及監(jiān)視器則可以在被監(jiān)視物體成像尺寸較小時也能看清局部細節(jié)。 C、相對孔徑 為了控制通過鏡頭的光通量大小，在鏡頭的后部均設置了光闌（俗稱光圈）。假定光闌的有效孔徑為d，由于光線折射的關系，鏡頭實際的有效孔徑為D，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?jīng)Q定于被攝像的照度，像的照度E與鏡頭的相對孔徑平方成正比，一般習慣上用相對孔徑的倒數(shù)來表示鏡頭光闌的大小，即 F=f/D 式中，F(xiàn)一般稱為光欄F數(shù)，標注在鏡頭光欄調(diào)整圈上，其標值為1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每兩個相鄰數(shù)值中，后一個數(shù)值是前一個數(shù)值的倍。由于像面照度與光欄孔徑的平方成正比，所以光欄每變化一檔，像面亮度就變化一倍。F值越小，光欄越大，到達攝像機靶面的光通量就越大。 D、視場角 鏡頭有一個確定的視野，鏡頭對這個視野的高度和寬度的張角稱為視場角。視場角與鏡頭的焦距f及攝像機靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有關，鏡頭的水平視場角ah及垂直視場角av可分別由下式來計算，即 ah=2arctg（h/2f） av=2arctg（v/2f） 由以上兩式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場角越大，或者，攝像機靶面尺寸h或v越大，其視場角也越大。如果所選擇的鏡頭的視場角太小，可能會因出現(xiàn)監(jiān)視死角而漏監(jiān)；而若所選擇的鏡頭的視場角太大，又可能造成被監(jiān)視的主體畫面尺寸太小，難以辨認，且畫面邊緣出現(xiàn)畸變。因此，只有根據(jù)具體的應用環(huán)境選擇視場角合適的鏡頭，才能保證既不出現(xiàn)監(jiān)視死角，又能使被監(jiān)視的主體畫面盡可能大而清晰。 表2-2列出了幾種常用鏡頭的水平視場角，表中的參數(shù)是以日本精工系列鏡頭為參考給出的。 焦距/mm 2.8 、3.5、 4.0、 4.8、 6.0 、8.0、 12.0、 16.0、 25. 0 鏡頭尺寸/in 1/3 86. 3 67. 4 62. 0 52. 2 42. 3 32. 6 22. 1 17. 1 10. 6 1/2 94. 6 69. 4 57. 1 42. 6 29.7 22. 6 14. 2 2/3 59. 2 30. 8 19. 4 1 27. 8 鏡頭焦距的計算 1公式計算法：視場和焦距的計算 視場系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　　 2、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(guī)格尺寸：　　單位mm 　　規(guī)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 　　由于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(xiàn)場寬度和高度。 水平視場角β（水平觀看的角度） β=2tg-1= 垂直視場角q（垂直觀看的角度） q=2tg-1= 式中w、H、f同上 水平視場角與垂直視場角的關系如下： 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(jiān)視的目標也就小。 　　圖解法 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(jiān)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(jiān)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"。 圖解選擇鏡頭步驟： 所需的視場與鏡頭的焦距有一個簡單的關系。利用這個關系可選擇適當?shù)溺R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(shù)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 或 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毫米，高330毫米，鏡頭焦點距物體2500毫米。由公式可以算出：　　　　　　　　　　 焦距f=6.4X2500/440≈36毫米 或　　　　　　　　　　 焦距f=4.8X2500/330≈36毫米　　 當焦距數(shù)值算出后，如果沒有對應焦距的鏡頭是很正常的，這時可以根據(jù)產(chǎn)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。 富雅時電公司經(jīng)銷的鏡頭有：日本SPACECOM、日本精工AVENIR