第四節(jié)

鏡頭的選用、安裝、調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo) 知道常用鏡頭的種類(lèi)，能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選用不同的鏡頭，能將鏡頭與其他設(shè)備進(jìn)行連接。任務(wù)引入 攝像機(jī)是通過(guò)鏡頭將監(jiān)視目標(biāo)成像在圖像傳感器靶面上，鏡頭是攝像機(jī)必不可少的重要部件。在視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)一般是指不包括鏡頭的裸機(jī)。它的質(zhì)量（指標(biāo)）優(yōu)劣直接影響攝像機(jī)的整機(jī)指標(biāo)，因此，攝像機(jī)鏡頭的選擇是否恰當(dāng)既關(guān)系到系統(tǒng)質(zhì)量，又關(guān)系到工程造價(jià)。在實(shí)際使用中需根據(jù)應(yīng)用的具體要求，選擇一個(gè)合適的鏡頭與攝像機(jī)配套。鏡頭,由一組透鏡和光闌組成的光學(xué)器件。它與攝像機(jī)配合實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)基本功能：1、成像：從圖像的角度是取景，確定視場(chǎng)范圍。2、進(jìn)光量控制：通過(guò)光圈調(diào)節(jié)或與攝像機(jī)配合實(shí)現(xiàn)進(jìn)光量控制，以適應(yīng)各種光照條件。3、確定應(yīng)用方式：針對(duì)不同的應(yīng)用和安裝方式，鏡頭有不同的型式和結(jié)構(gòu)，以便安裝、隱蔽或在特殊的條件下應(yīng)用。光闌圖光學(xué)成像原理光學(xué)成像：通過(guò)光學(xué)鏡頭把現(xiàn)實(shí)空間（物空間）的物體，成像在感光靶面（像空間）上。光學(xué)零件：用塑料、玻璃、晶體等介質(zhì)材料制成的反射鏡、透鏡、棱鏡等。光組：光學(xué)零件按一定方式的組合稱為光學(xué)系統(tǒng)。實(shí)際使用的攝像機(jī)鏡頭都是由許多單元透鏡組合而成的。理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系理想光組：理想光組的基本性質(zhì)：點(diǎn)成點(diǎn)像線成線像對(duì)稱軸共軛理想光學(xué)系統(tǒng)的基本點(diǎn)面：焦點(diǎn)與焦面主點(diǎn)與主面焦距一、鏡頭的參數(shù)成像尺寸靶面尺寸一般分為25.4mm（１in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等幾種，分別對(duì)應(yīng)著不同的成像尺寸，選用鏡頭時(shí)，應(yīng)使鏡頭的成像尺寸與攝像機(jī)的靶面尺寸大小相吻合。如表所示：

表2-1幾種常見(jiàn)CCD芯片的靶面尺寸（單位：mm）水平12.78.86.44.83.66.35（1/4＇＇）8.47（1/3＇＇）12.7（1/2＇＇）

16.9（2/3＇＇）

25.4（1＇＇）

垂直9.66.64.83.62.7對(duì)角線1611864.5標(biāo)稱芯片尺寸感光靶面尺寸由表2-1可知，12.7mm（1/2in）的鏡頭應(yīng)配12.7mm（1/2in）靶面的攝像機(jī)。當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸大時(shí)，不會(huì)影響成像，但實(shí)際成像的視場(chǎng)角要比該鏡頭的標(biāo)稱視場(chǎng)角?。▍⒁?jiàn)圖a），而當(dāng)鏡頭的成像尺寸比攝像機(jī)靶面的尺寸小時(shí)，就會(huì)影響成像，表現(xiàn)為成像的畫(huà)面四周被鏡筒遮擋，在畫(huà)面的4個(gè)角上出現(xiàn)黑角（參見(jiàn)圖b）。鏡頭成像面CCD靶面8.4712.7鏡頭成像面CCD靶面12.78.47圖a圖b２、焦距攝像機(jī)能看清多遠(yuǎn)的物體或多寬的場(chǎng)景等問(wèn)題，這實(shí)際上由所選的鏡頭的焦距來(lái)決定。

焦距決定了攝取圖像的大小，用不同焦距的鏡頭對(duì)同一位置的某物體攝像時(shí)，配長(zhǎng)焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就大，配短焦距鏡頭的攝像機(jī)所攝取的景物尺寸就小。用長(zhǎng)焦距鏡頭(望遠(yuǎn)鏡頭)拍攝遠(yuǎn)景可使遠(yuǎn)處的景物在照片顯得近些，在自然、運(yùn)動(dòng)和人物像攝影中經(jīng)常要用到這種鏡頭。短焦距鏡頭(寬角度)的視角很大，拍攝大范圍景物或在狹小房間內(nèi)拍攝時(shí)最好用這種鏡頭。選配鏡頭焦距的計(jì)算：

f=hD/Hf=vD/V其中：D：鏡頭中心到被攝物體的距離

H：被攝物體的水平尺寸

h：靶面成像的水平寬度

V：被攝物體的垂直尺寸

v：靶面成像的高度VDfHh透鏡2、焦距由物方射入一束平行且接近光軸的光，經(jīng)過(guò)鏡頭的多組透鏡，出射光線交于光軸F點(diǎn)，稱為焦點(diǎn)。焦點(diǎn)到鏡頭中心的距離是焦距(過(guò)入射光線與出射光線的交點(diǎn)作垂直于光軸的平面，平面與光軸的交點(diǎn)是鏡頭的中心)，焦距一般用f表示，單位是mm（毫米）。組合透鏡F 焦距f鏡頭中心光軸焦點(diǎn)FCCD靶面(成像面)光軸f1f2后截距透鏡鏡頭焦距與成像關(guān)系

前透鏡后透鏡取景f2時(shí)成像圖f1時(shí)成像圖

鏡頭的焦距決定了該鏡頭拍攝的被攝體在CCD上所形成影像的大小，焦距越短，拍攝范圍就越大，相對(duì)物體變小，適合在近距離拍攝較大的場(chǎng)景，也就是廣角鏡頭。當(dāng)已知被攝物體的大小及該物體到鏡頭距離，則可根據(jù)式（3-1）、式（3-2）估算所選配鏡頭的焦距。

f=hD/H（3-1）

f=vD/V（3-2）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。例：已知被攝物體距鏡頭中心的距離為3m，物體的高度為1.8m，所用的攝像機(jī)CCD靶面為1/2in，由表4－1查得其對(duì)應(yīng)的靶面垂直尺寸為4.8mm，則鏡頭的焦距：

f＝vD/V＝4.8×3000/1800＝8.02mm

所以該現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的鏡頭應(yīng)選配焦距為8mm的鏡頭。只有變焦鏡頭的焦距是連續(xù)可變的，手動(dòng)調(diào)焦鏡頭調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)并不改變焦距。調(diào)焦環(huán)上標(biāo)有0.5、1、2、4、∞表示物體距離為0.5m、1m、3m、4m、∞時(shí)調(diào)焦最好，圖像最清晰。3、相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑A是入射光瞳直徑D（鏡頭實(shí)際的有效孔徑）與焦距f之比，即：A=D/f

鏡頭都標(biāo)出相對(duì)孔徑最大值，例如一個(gè)鏡頭標(biāo)有“TVLENS8mm1∶1.4”表示這是一個(gè)電視鏡頭，焦距為8mm，最大相對(duì)孔徑是1∶1.4，也就說(shuō)鏡頭允許的最大射光束直徑D為5.7mm。光圈是相對(duì)孔徑的倒數(shù)，用F示表，F(xiàn)16就是相對(duì)孔徑D／f=1∶16，在鏡頭的調(diào)節(jié)環(huán)上將字母F省略，光圈調(diào)節(jié)環(huán)上常標(biāo)有的1.4、2、2.8、4、5.6、8、C是光圈數(shù)。當(dāng)光瞳直徑為零時(shí)用C來(lái)表示叫全光閉，4、光圈

光圈是攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一個(gè)可以改變其中央通光孔徑大小的孔徑光闌。它一般由一組光圈葉片構(gòu)成，調(diào)節(jié)攝像鏡頭上的光圈調(diào)節(jié)環(huán)，可以改變?cè)摴饪椎闹睆酱笮?，控制通過(guò)鏡頭的光通量，使CCD上獲得適宜的照度。光圈的作用有3個(gè)：

(1)控制通過(guò)鏡頭的光通量的大??；

(2)控制所攝畫(huà)面的景深大小

(3)改善像質(zhì)。光圈F值是光圈“系數(shù)”，是相對(duì)光圈，并非光圈的物理孔徑，與光圈的物理孔徑及鏡頭到感光器件距離有關(guān)。光圈大小用F值表示.即:

光圈F值=鏡頭的焦距f/鏡頭口徑的直徑D

從以上的公式可知要達(dá)到相同的光圈F值，長(zhǎng)焦距鏡頭的口徑要比短焦距鏡頭的口徑大。

當(dāng)光圈物理孔徑不變時(shí)，鏡頭中心與感光器件距離愈遠(yuǎn)，F(xiàn)數(shù)愈小，反之鏡頭中心與感光器件距離愈近，通過(guò)光孔到達(dá)感光器件的光密度愈高，F(xiàn)數(shù)就愈大。

當(dāng)光圈物理孔徑不變時(shí)，鏡頭中心與感光器件距離愈遠(yuǎn)，F(xiàn)數(shù)愈小，反之，鏡頭中心與感光器件距離愈近，通過(guò)光孔到達(dá)感光器件的光密度愈高，F(xiàn)數(shù)就愈大。完整的光圈值系列如下：F1.2，F(xiàn)1.4，F(xiàn)2，F(xiàn)2.8，F(xiàn)4，F(xiàn)5.6，F(xiàn)8，F(xiàn)11，F(xiàn)16等。這里值得一提的是光圈F值愈小，在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多，而且上一級(jí)的進(jìn)光量剛是下一級(jí)的一倍，例如光圈從F8調(diào)整到F5.6，進(jìn)光量便多一倍，我們也說(shuō)光圈開(kāi)大了一級(jí)。5、視場(chǎng)角鏡頭有一個(gè)確定的視野，鏡頭對(duì)這個(gè)視野的高度和寬度的張角稱為視場(chǎng)角。視場(chǎng)角與鏡頭的焦距f及攝像機(jī)靶面尺寸的大小有關(guān)，鏡頭的水平視場(chǎng)角α及垂直視場(chǎng)角β可分別由下式來(lái)計(jì)算多組前透鏡F 焦距f光軸視場(chǎng)角H(V)α=2arcth(V/2f)β=2arcth(h/2f)H(v)多組后透鏡

由上式可知，鏡頭的焦距f越短，其視場(chǎng)角越大，或者，攝像機(jī)靶面尺寸h或Ｖ越大，其視場(chǎng)角也越大。如果所選擇的鏡頭視場(chǎng)角太小，可能會(huì)因出現(xiàn)監(jiān)視死角而漏監(jiān)；而若所選擇的鏡頭視場(chǎng)角太大，又可能造成被監(jiān)視主體畫(huà)面尺寸太小，難以辨認(rèn)，且畫(huà)面邊緣出現(xiàn)畸變。因此，只有根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇視場(chǎng)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)視主體畫(huà)面盡可能大而清晰。6.C和CS安裝接口

C和CS安裝接口是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口，都是25.4mm（1英寸）-32UN英制螺紋連接。

C型接口的裝座距離(安裝基準(zhǔn)面)至成像靶像面的空氣光程為17.526mm。

CS型接口的裝座距離(安裝基準(zhǔn)面)至成像靶像面的空氣光程為12.5mm。注意事項(xiàng):1)C接口的鏡頭可以通過(guò)一個(gè)C型接口適配器再安裝在CS接口的攝像機(jī)上，如圖所示。如果不用適配器強(qiáng)行安裝會(huì)損壞攝像機(jī)的光電傳感器。

CS接口的鏡頭不能安裝在C接口的攝像機(jī)上。有的攝像機(jī)有后截距調(diào)整環(huán)，允許使用C接口或CS接口的鏡頭。使用C接口鏡頭時(shí)，松開(kāi)側(cè)面緊固螺絲后，面對(duì)鏡頭將后截距調(diào)整環(huán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)整，若用力逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)會(huì)損壞攝像機(jī)的光電傳感器，使用CS接口鏡頭時(shí)，將后截距調(diào)整環(huán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)整。

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(chǎng)角將大于C型接口鏡頭的視場(chǎng)角。

二、攝像機(jī)鏡頭的種類(lèi)a、按焦距分類(lèi)b、按視場(chǎng)分類(lèi)廣角鏡頭標(biāo)準(zhǔn)鏡頭狹窄鏡頭遠(yuǎn)攝鏡頭短焦距鏡頭中焦距鏡頭長(zhǎng)焦距鏡頭變焦距鏡頭價(jià)格差距很大（電動(dòng)變焦鏡頭是普通定焦鏡頭的5-10倍）c、按結(jié)構(gòu)分類(lèi)固定光圈定焦鏡頭手動(dòng)光圈定焦鏡頭自動(dòng)光圈定焦鏡頭手動(dòng)變焦鏡頭自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭（兩可變）電動(dòng)三可變（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）針孔鏡頭手動(dòng)變焦鏡頭

定焦鏡頭

針孔鏡頭自動(dòng)光圈手動(dòng)調(diào)焦

焦距（Zoom）聚焦（Focus）1.固定光圈定焦鏡頭特點(diǎn)：1）鏡頭僅設(shè)有手動(dòng)調(diào)整對(duì)焦調(diào)整環(huán)（環(huán)上標(biāo)有若干距離參考值）。左右旋轉(zhuǎn)該環(huán)可使CCD靶面的成像最為清晰，由此在監(jiān)視器屏幕上得到最為清晰的圖像。（實(shí)質(zhì)調(diào)聚焦）2）鏡頭光圈不可調(diào)整。進(jìn)入鏡頭的光通量不能通過(guò)改變鏡頭因素而改變，只能通過(guò)改變被攝現(xiàn)場(chǎng)光照度來(lái)調(diào)整，一般應(yīng)用于光照度比較均勻的場(chǎng)合，其他場(chǎng)合需與帶有自動(dòng)電子快門(mén)功能的CCD攝像機(jī)合用（目前市面上絕大多數(shù)的CCD攝像機(jī)均帶有自動(dòng)電子快門(mén)功能），通過(guò)電子快門(mén)的調(diào)整來(lái)模擬光通量的改變。價(jià)格最低2.手動(dòng)光圈定焦鏡頭特點(diǎn)：

增加了光圈調(diào)整環(huán)，光圈調(diào)整范圍一般可從F1.2或F1.4到全關(guān)閉。安裝時(shí)通過(guò)手動(dòng)調(diào)整適應(yīng)被攝現(xiàn)場(chǎng)的光照度。因此，這種鏡頭一般也是應(yīng)用于光照度比較均勻的場(chǎng)合，其他場(chǎng)合也需與帶有自動(dòng)電子快門(mén)功能的CCD攝像機(jī)合用，由電子快門(mén)的調(diào)整來(lái)模擬光通量的改變。價(jià)格比較低3.自動(dòng)光圈定焦鏡頭1）原理：

自動(dòng)光圈鏡頭控制原理與人眼控制進(jìn)光原理相同，可變孔徑光闌相當(dāng)于人眼的瞳孔，CCD光電傳感器相當(dāng)于人眼的視網(wǎng)膜。當(dāng)人眼感覺(jué)到現(xiàn)場(chǎng)光線過(guò)強(qiáng)時(shí)，大腦控制肌肉動(dòng)作會(huì)使瞳孔收縮，以減少眼球的進(jìn)光；當(dāng)人眼感到現(xiàn)場(chǎng)光線太暗時(shí)，大腦控制肌肉動(dòng)作使瞳孔擴(kuò)張，以增加眼球的進(jìn)光，這樣視網(wǎng)膜上始終感受到的是合適的光強(qiáng)。a、自動(dòng)光圈定焦鏡頭在手動(dòng)光圈定焦鏡頭的光圈調(diào)整環(huán)上增加齒輪嚙合傳動(dòng)微型電機(jī)，由攝像頭驅(qū)動(dòng)電路輸出3芯或4芯線控制自動(dòng)光圈鏡頭，使鏡頭內(nèi)的微型電機(jī)作相應(yīng)的正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)光圈的大小。b、自動(dòng)光圈鏡頭分為含放大器（視頻驅(qū)動(dòng)型）與不含放大器（直流驅(qū)動(dòng)型）兩種規(guī)格。3.自動(dòng)光圈定焦鏡頭價(jià)格是手動(dòng)光圈定焦鏡頭的一倍3）使用：在室外，當(dāng)環(huán)境照度變化范圍遠(yuǎn)大于攝像機(jī)自動(dòng)增益控制范圍，應(yīng)采用自動(dòng)光圈鏡頭。2）特點(diǎn)：4.手動(dòng)變焦鏡頭特點(diǎn)：焦距是手動(dòng)可變的。手動(dòng)變焦鏡頭有一個(gè)焦距調(diào)整環(huán)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整鏡頭的焦距；其變比一般為2-3倍，焦距一般在3.6～8mm之間變化。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)鏡頭的變焦環(huán)，可以方便地選擇監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的視場(chǎng)角。α=2arcth(V/2f)β=2arcth(h/2f)在一定范圍內(nèi)不出現(xiàn)盲區(qū)，在對(duì)環(huán)境不十分了解時(shí)采用是必要的。日本騰龍（TAMRON）公司13VM2812AS焦距2.8～12mm，幾乎適應(yīng)任何室內(nèi)定點(diǎn)監(jiān)視的場(chǎng)合。5.自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭特點(diǎn)：與自動(dòng)光圈定焦鏡頭相比增加了兩個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的變焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可改變鏡頭的焦距（Zoom）；另一個(gè)電動(dòng)機(jī)與鏡頭的對(duì)焦環(huán)嚙合，當(dāng)其受控而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可完成鏡頭的對(duì)焦（Focus）。由于該鏡頭增加了兩個(gè)可遙控調(diào)整的功能，因而此種鏡頭也稱作電動(dòng)兩可變鏡頭。思考：手動(dòng)、自動(dòng)、電動(dòng)三者區(qū)別？自動(dòng)光圈電動(dòng)變焦鏡頭控制線接線圖

紅線(RED)Vcc(+)黑線(BLACK)Vcc(-)白線(WHITE)視頻信號(hào)綠線(GREEN)未用屏蔽線(SHIELD)地線關(guān)(Close)開(kāi)(Open)自動(dòng)光圈電路M紅線黑線白線綠線屏蔽線NearFer綠線(GREEN)+-黑線(BLACK)-+M遠(yuǎn)(Far)近(Near)DC8V綠線黑線聚焦M廣角(Wide)望遠(yuǎn)(Tele)DC8V黃線紅線變焦TeleWide黃(YELLOW)+-紅(RED)-+6.電動(dòng)三可變鏡頭特點(diǎn)：與前述電動(dòng)兩可變鏡頭結(jié)構(gòu)相差不多，只是對(duì)光圈調(diào)整電動(dòng)機(jī)的控制方式由自動(dòng)改為通過(guò)控制器進(jìn)行手動(dòng)控制，因此它也包含3個(gè)微型電動(dòng)機(jī)，引出一組6芯控制線與云臺(tái)、鏡頭控制器及解碼器相連。圖為該鏡頭控制線的接線圖。（指光圈、焦距、聚焦這三者均可變）電動(dòng)三可變鏡頭控制線接線圖

M關(guān)(Close)開(kāi)(Open)DC8V白線棕線CloseOpen白線(WHITE)+-棕線(BROWN)-+M遠(yuǎn)(Far)近(Near)DC8V綠線黑線聚焦NearFer綠線(GREEN)+-黑線(BLACK)-+TeleWide黃(YELLOW)+-紅(RED)-+M廣角(Wide)望遠(yuǎn)(Tele)DC8V黃線紅線說(shuō)明：變焦鏡頭的“倍率”與焦距是兩個(gè)不同的概念，倍率是變焦鏡頭的最長(zhǎng)焦距與最短焦距之比，是一個(gè)相對(duì)值。例如，同樣是6倍鏡頭，市面上常見(jiàn)的就有6～36mm、7～42mm、8～48mm和8.5～51mm等多種不同廠家的不同品種。8.5～51mm鏡頭6～36mm鏡頭（好）近視（廣角）特性遠(yuǎn)視特性（好）§4.4攝像機(jī)的使用安裝鏡頭連接電源線與信號(hào)線調(diào)整鏡頭光圈與對(duì)焦后焦距的調(diào)整一、安裝鏡頭根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)選配合適的鏡頭定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監(jiān)視場(chǎng)景范圍的大小，以及所要求被監(jiān)視場(chǎng)景畫(huà)面的清晰程度。手動(dòng)、自動(dòng)光圈的選用取決于環(huán)境的照度是否恒定。鏡頭與攝像機(jī)的接口二、連接電源線與信號(hào)線電源：一般為直流12V，有些為交流24V或220V。視頻信號(hào)：通過(guò)攝像機(jī)后面板上的BNC插座引出，用具有BNC插頭的75歐姆同軸電纜，一端接攝像機(jī)視頻輸出插座，另一端接監(jiān)視器。音頻信號(hào)：內(nèi)置傳聲器的攝像機(jī)，后面板上有一個(gè)輸出聲音的RCA插座，用具有RCA插頭的屏蔽電纜，一端接攝像機(jī)，一端接監(jiān)視器的音頻輸入端。三、調(diào)整鏡頭光圈與對(duì)焦一般情況：光照度變化較大的場(chǎng)合自動(dòng)光圈手動(dòng)光圈四、后焦距的調(diào)整后焦距：也叫背焦距，指當(dāng)安裝上標(biāo)準(zhǔn)鏡頭時(shí)，能使被攝景物的成像恰好在CCD圖像傳感器的靶面上。調(diào)整場(chǎng)合：一般不需調(diào)整。如果出現(xiàn)當(dāng)鏡頭對(duì)焦環(huán)調(diào)整到極限位置時(shí)仍不能使圖像清晰，此時(shí)首先應(yīng)確認(rèn)鏡頭的接口是否正確。如正確，就需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整步驟：彩色攝像機(jī)后焦距調(diào)整的步驟如下：

a、將鏡頭正確安裝到彩色攝像機(jī)上。

b、將鏡頭光圈盡可能開(kāi)到最大（目的是縮小景