安防攝像機(jī)鏡頭簡(jiǎn)介課件

安防攝像機(jī)鏡頭相關(guān)知識(shí)

鏡頭的參數(shù)成像尺寸焦距光圈視場(chǎng)角成像尺寸鏡頭一般可以分為25.4mm（1in）、16.9mm(2/3in)、12.7mm(1/2in)、8.47mm(1/3in)、6.35mm(2/3in)。選鏡頭時(shí)，鏡頭成像尺寸應(yīng)與攝像機(jī)的靶面尺寸大小相吻合。當(dāng)鏡頭成像尺寸比攝像機(jī)靶面小時(shí)，成像的畫面會(huì)出現(xiàn)黑角。大時(shí)不會(huì)影響成像。光圈與鏡頭的關(guān)系如下圖所示。光圈的直徑d使鏡頭實(shí)際有效孔徑變D（又稱入射光瞳），d越大，D也越大，則光通量越大。綜合上述兩方面因素，可以的到像平面照度E與（D/f）的平方成正比即E∝(D/f)2（3—4）D/f——稱為透鏡的相對(duì)孔徑。由于一般情況下f>D,所以習(xí)慣上用D/f的倒數(shù)f/D來標(biāo)記光圈大小，稱為光圈指數(shù)F。則有E∝(D/f)2∝1/F2（3—5）上式說明F值越小（光圈越大），透光能力越強(qiáng)。

其中：F標(biāo)值為1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22等序列值，每相鄰兩個(gè)數(shù)值中，后一個(gè)是前一個(gè)數(shù)值的倍。焦距的測(cè)量與計(jì)算根據(jù)被攝物體大小，離鏡頭中心的距離（物距），CCD的靶面尺寸來確定。

f=hD/H或者f=vD/VD為鏡頭中心到被攝物體的距離，H和V分別是物體的水平尺寸和垂直尺寸，v和h分別為CCD靶面的垂直尺寸和水平尺寸。焦距與景深光學(xué)鏡頭能把景物空間中一定范圍內(nèi)的物體，在像平面上都形成較清晰的像，這個(gè)范圍所對(duì)應(yīng)的“空間深度”稱為景深，如下圖中的△S.

圖中△S=△S1+△S2，△S1—前景深，△S2—后景深。當(dāng)物距S一定，D為一定值時(shí)，f越小（短焦距），景深△S越大；f越大（長焦距），景深越小。又知，△S與S2成正比，既物越遠(yuǎn)，景深越大。還有，當(dāng)f不變、S不變時(shí)，D越?。ü馊υ叫?，F(xiàn)數(shù)值大），景深越大。鏡頭視場(chǎng)角鏡頭視場(chǎng)角與鏡頭焦距及攝像機(jī)靶面有關(guān)。鏡頭的焦距越短，視場(chǎng)角越大或者攝像機(jī)CCD靶面尺寸越小，其視場(chǎng)角也越大。折射率折射率（RI）是指玻璃折射光線的能力，折射率越高，斜射進(jìn)入玻璃的光線沿人射方向偏折得越嚴(yán)重常用光學(xué)折射率：真空無1.00000；水H2O1.33333；熔石英SiO21.45843；螢

石CaF21.43381；鉀玻璃K61.51110；重鉀玻璃；ZK61.61263；鋇玻璃BaK21.53988；含氟玻璃F11.60328；鋇氟玻璃BaF81.62590；光學(xué)玻璃ZF11.64752；鑽石C2.41923透鏡的問題理論上，透鏡雖然可以有效的集中光線，理想化的完美鏡片至今尚未被設(shè)計(jì)成功，主要的問題在於實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，限於材料和條件因素，製造出來的光學(xué)鏡片並不能達(dá)到完全理想的狀態(tài)，多少存在偏差(Aberration)現(xiàn)象。一般球面鏡片的像差，可以分成下述的五種﹕

球面像差像場(chǎng)彎曲

慧星像差

桶狀和枕狀形變

像散

主要是單一波長的單色光線來對(duì)鏡片進(jìn)行測(cè)試所產(chǎn)生的結(jié)果。像場(chǎng)彎曲平面的景物在焦點(diǎn)成像時(shí)，透過彎曲鏡片將光線扭曲，造成像面不是平面，這種現(xiàn)像便叫做像面彎曲。也就是說，結(jié)下的影像，如果對(duì)焦在中間的話，則周邊不清楚，對(duì)焦在周邊則中間不清楚。校正方法：必須依靠修正鏡片的像散來改變整體的成像。

像散

在離光軸的某一點(diǎn)處結(jié)下點(diǎn)狀的影像時(shí)，相對(duì)於光軸的同心圓像面按放射狀方向分開的話，點(diǎn)不在點(diǎn)內(nèi)，變成線狀或橢圓狀的結(jié)像，這種現(xiàn)象便叫做像散。一般鏡頭光圈大小不同對(duì)像散有一定影響。

桶狀和枕狀形變

平面的四方形測(cè)試圖在拍攝後，影像與原來的樣子不相同，便叫做影像形變。形變像差分為枕狀及桶狀兩種。發(fā)生的成因?yàn)殡x軸光束與中心軸形成的角度太大，會(huì)將方形的影像拉長成彎曲的枕形。反之當(dāng)角度太小時(shí)，則會(huì)變成桶形。

慧差（Comaaberration）慧差：慧差是軸外物點(diǎn)以寬光束成像時(shí)光束失去對(duì)稱性而形成的像差。它使軸外像點(diǎn)變成彗星狀彌散斑，嚴(yán)正破壞了像的清晰度。因此，任何一個(gè)具有一定大小孔徑的光學(xué)系統(tǒng)都必須很好的校正慧差。色像差自然光如陽光或其他混合色光，會(huì)因?yàn)椴ㄩL不同，鏡片折射率不一樣，引起色像差。色像差主要產(chǎn)生於凸面鏡的聚焦效果，發(fā)生在影像遠(yuǎn)離中心之四周範(fàn)圍，主要顏色因光線的扭曲而無法疊合，在一起可以透過凹面鏡加以分散修正。

主要分為兩種：光軸的色像差

倍率的色像差倍率的色像差倍率色像差，發(fā)生在鏡片相互修正上，當(dāng)凹面鏡補(bǔ)償了焦點(diǎn)位置的光軸色像差之後，整體產(chǎn)生的色光仍然不能一致。這是因?yàn)樯獾牟ㄩL不同，焦距亦不一樣，所以產(chǎn)生的影像的倍率便因顏色而異，影像的大小會(huì)產(chǎn)生色偏移。鏡頭出現(xiàn)紫邊的成因說法鏡頭：色散ChromaticaberrationCCD錯(cuò)誤Sensoreffects:ChromaticaberrationineachCCDcell(microlenses)數(shù)位影像雜訊Digitalnoiseindarkareas色彩插值運(yùn)算問題Imageprocessingandinterpolationartifacts(SIGMA3CCDSA系列DSLR除外)環(huán)境紫外線影響Strayultravioletlight環(huán)境紅外線影響Strayinfraredlight邊緣過度曝光影響ImagebloomfromoverexposureCCD電荷外洩VoltageleaksbetweencellsoftheCCD鏡頭的鍍膜任何物體對(duì)光線都有反射作用，連無色透明的玻璃也不例外，差別在於光線的角度是否會(huì)形成反射效果。對(duì)於理想狀態(tài)下的鏡片而言，光線能夠完全透過鏡頭，並正確的在底片或CCD上完全聚焦。然而，事實(shí)上卻是，每一種鏡片都受到自身物理因素的限制，導(dǎo)致像差的產(chǎn)生，所以，由眾多有『?jiǎn)栴}』的鏡片所結(jié)合而成的鏡頭是不可能讓理論上所有各種角度的光線完全穿過。以氧化鑭光學(xué)玻璃為例子，其透光率可達(dá)到90%以上，剩下的10%則會(huì)反射出去，形成炫光。為了彌補(bǔ)這項(xiàng)缺失，後來的鏡片研究者開發(fā)了在透鏡表面鍍上一層膜來增加透光效果。圖左：鏡頭炫光下造成畫面的影響；圖右：鏡片前塗佈鍍膜減少炫光的產(chǎn)生也強(qiáng)化了畫面的明亮度

非球面鏡頭（Asphericlens）常用的普通攝像鏡頭為球面鏡頭，它采用的是球面鏡片，而不是平面。一般球面鏡片會(huì)出現(xiàn)像差，如球差、色差、彗差等，因而實(shí)際的攝像鏡頭通常需要多片凹凸程度不同的鏡片，進(jìn)行分組組合來予以校正。非球面鏡頭（AsphericalLens）所用的鏡片為非球面鏡片，其面形也是在球面面形的基礎(chǔ)上做細(xì)微的調(diào)整得出的，通過精確的設(shè)計(jì)計(jì)算，由精密儀器光學(xué)研磨而成。因此，一片非球面鏡片就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)球面鏡片校正像差的效果。優(yōu)點(diǎn)：非球面鏡頭可以有效地減少鏡片的數(shù)量，從而也就減小了鏡頭的體積和重量，并使透光性更好，色差還原準(zhǔn)確、成像質(zhì)量變佳。非球面鏡頭的原理