监控镜头的种类与应用选择

监控镜头的种类与应用选择文档修订历史记录镜头镜头，这里特指监控摄像机的镜头，简称监控镜头，别名是安防镜头，安防镜头，CCTV 镜头，PeakFire镜头，英文名称是Surveillance camera，分辨率高于电脑的视频头，但赶不上专业的数码相机或dv。

本章从镜头的分类、主要参数和镜头选择等多个方面进行了详细阐述，并结合工程项目中的应用进行了分析和总结。

1 镜头分类根据应用场合分类的不同，监控镜头的种类可以分为以下几种：广角镜头视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形，一般用于电梯轿厢内、大厅等小视距大视角的场合。

标准镜头视角30度左右，使用范围较广，一般用于走道及小区周界等场所。

长焦镜头视角20度以内，焦距从几十毫米到上百毫米，用于远距离监视。

变焦镜头镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长则成像越大，用于景深大，视角范围广的区域。

针孔镜头用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

以上分类主要依据镜头的视角，而视角则由焦距决定，焦距越长，“看”得就越远，但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了。

举个简单的例子，若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征（是否有痣或疤），但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经“溢”出了画面），而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什么别的人物或参照物。

因此，关于“看多远”的较为科学的说法应该是“在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物”。

例如，用8mm镜头观测10m远处的景物，如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。

图1 镜头视角与可视距离（看清人脸距离）表1 常见镜头视角和使用距离镜头焦距规格视角使用距离2.1mm 1/3 150度小视距大视角2.5mm 1/3 130度小视距大视角2.8mm 1/3 115度小视距大视角2.8mm 固定光圈1/3 115度小视距大视角3.6mm 1/3 96度5*5米4mm 1/3 78度5*5米6mm 1/3 53度8-10米8mm 1/3 40度10-18米12mm 1/3 23度20-30米16mm 1/3 17度20-30米25mm 1/3 17度30-50米3.5-8mm手动变焦1/3 96-45度6-15mm 手动变焦1/3 54-23度6-36mm 电动变倍1/3 51-9度8.5-51mm 电动变倍1/3 57-10度6-60mm 电动变倍1/3 52-6度1/3" CCD镜头最远距离计算简单估算方法：3.6MM、6MM、8MM、12MM、16MM、25MM乘上2.4就是最远多少米距离了。

2 镜头主要参数分辨率监控镜头上通常都有分辨率的说明，以高清镜头为例，Meag Pixel(MP)代表百万像素，前面的数字代表具体的几百万像素。

镜头的分辩率是指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米”（lp/mm，line-pairs/mm）。

镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的。

当黑白等宽的测试线对密度不高的时候，成像平面处黑白线条是很清晰的。

当黑白等宽的测试线对密度提高时，在成像平面处还是可以分辨出黑白线条，但是白线已不是那么白了，黑线也不是那么黑了，白线黑线的对比度就会下降。

当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度，在成像平面处黑白线的对比度非常小，黑白线条都变成了灰的中间色了，这就到了镜头分辨的极限。

图黑白等宽的测试线好的镜头和差的镜头的分辨率是有很大不同的。

测试镜头分辨率的一种方法是将待测镜头装在一个胶片照相机上。

去拍摄黑白条纹图（分辨率图版），然后用高倍放大镜（镜头分辨率检测仪）检测底片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数，能分辨得越多则分辨率越高。

按照我国照相机检测标准（JB745-65），一般135照相机的镜头中心视场达到37线对/毫米、边缘视场达到22线对/毫米，就算是一级镜头。

靶面尺寸监控镜头上的1/3，1/2等等代表摄像机CCD(CMOS)靶面的大小，详细说明如下：1/4英寸：靶面尺寸为宽3.2mmx高2.4mm，对角线4mm。

1/3英寸：靶面尺寸为宽4.8mmx高3.6mm，对角线6mm。

1/2英寸：靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。

2/3英寸：靶面尺寸为宽8.8mmx高6.6mm，对角线11mm。

1英寸：靶面尺寸为宽12.8mmx高9.6mm，对角线16mm。

焦距镜头焦距：是指镜头光学后主点到焦点的距离，是镜头的重要性能指标。

镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的透视强弱。

一般说：焦距就是透镜中心到焦点的距离。

但这仅仅是单片薄透镜的情况，由于照相机的镜头都是由许多片透镜组合而成的，因此，情况远不是那么简单。

图镜头成像示意图镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。

像方焦距是像方主面到象方焦点的距离，同样，物方焦距就是物方主面到物方焦点的距离。

必须注意，由于照相机镜头设计，特别是变焦距镜头中广泛采用了望远镜结构，物方焦距与像方焦距不一定相等。

我们平时说的照相机镜头的焦距是指像方焦距，就是从镜片光学中心到底片、CCD或CMOS等成像平面的距离。

接口监控镜头有C式和CS式两种，两者的螺纹均为1英寸32牙，直径为1英寸，不同是镜头距CCD靶面的间隔差异，C式安装座从基准面到核心的间隔为17.5毫米，比CS式间隔CCD 靶面多一个专用接圈的长度，CS式距核心间隔为12.5毫米。

别小瞧这一个接圈，假如没有它，镜头与摄像头就不能正常聚焦，图像变得模糊不清。

图 C/CS镜头转接环C型镜头与CS型摄像机之间增加一个5mm的C/CS转接环可以配合使用。

CS型镜头与C 型摄像机无法配合使用。

光圈系数光圈系数即“相对孔径”的倒数。

控制镜头进光量，需要由镜头所谓“孔径光阑”来控制。

孔径光阑都是位于镜头内部，通常由多片可活动的金属叶片（称为光阑叶片）组成，可以使中间形成（近似）圆孔变大或者缩小，以达到控制通过光量大小的目的。

我们用“孔径”来描述镜头的通光能力，而孔径受到光阑的控制。

对于不同的镜头而言，光阑的位置不同，焦距不同，入射瞳直径也不相同，用孔径来描述镜头的通光能力，无法实现不同镜头的比较。

为了方便在实际摄影中计算曝光量和用统一的标准来衡量不同镜头的孔径光阑实际作用，采用了“相对孔径”的概念。

相对孔径 = [入射瞳直径] / [镜头焦距] = d/f网上好多资料都写反了，请注意：相对孔径和光圈系数（又叫F数）互为倒数。

光圈系数 = [镜头焦距] / [入射瞳直径] = f/d比如某个镜头的焦距为50mm，入射瞳直径为25mm，那么该镜头的相对孔径就是25/50=1/2。

在实际使用中，通常都是用光圈系数来间接表示相对孔径的大小，比如f1.4、f2、f2.8等，也有直接用相对孔径来表示的，如1:2，1:2.8。

完整的光圈系数值有，f1，f1.4，f2，f2.8，f4，f5.6，f8，f11，f16，f22，f32，f44，f64。

这里值得一提的是光圈f值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的两倍，例如光圈从f8调整到f5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。

景深聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便叫做景深。

在镜头前方（调焦点的前、后）有一段一定长度的空间，当被摄物体位于这段空间内时，其在底片上的成像恰位于焦点前后这两个弥散圆之间。

被摄体所在的这段空间的长度，就叫景深。

换言之，在这段空间内的被摄体，其呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内，这段空间的长度就是景深。

图景深示意图实际上，后景深 > 前景深。

3 镜头测试在镜头测试前，首先需要对摄像机进行配置。

摄像机参数设置包括锐度设置、亮度设置、对比度、灵敏度设置、灰度设置、白平衡设置等。

高清时代，很多监控摄像机都采用了CMOS 感光芯片，而CMOS芯片在信噪比和低照度环境下的效果要略逊于CCD芯片，在高质量要求监控环境下应用CMOS芯片摄像机，调整其参数就显得十分有必要了。

在进行摄像机参数设置时，锐度和亮度设置都不应该过高，锐度过高会显得画面不够平滑、柔和，而亮度高会造成画面发白；灵敏度也应保持适中，过低的话不能很好的显示动态画面，而过高则有可能跳帧造成画面不流畅；如果使用的是CCD芯片摄像机，而又不太熟悉这些参数的设置则最好保持默认状态。

解像力测试解析度测试测评的是镜头分辨物体细节的能力，以画面每单位高度的线条数来表示。

这一测试通常会用到两种测试卡，一种是ISO测试卡，一种是EIA测试卡，如下图所示。

ISO 测试卡对应尺寸是16:9，EIA测试卡则是4:3，这里主要介绍用ISO1233标准分辨率测试卡测试镜头的解析力。

图解像力测试卡通过对AVENIRETOKU精工镜头进行测试时，根据ISO测试标准设定光照、环境数据，正确连接、架设摄像机，注意监控镜头的焦平面应与测试板平行。

在进行取景时，测试卡影像水平边缘应与测试板框线平行，并根据ISO的规定使测试卡有效高度充满影像画幅的高度（即测试卡铺满整个屏幕）。

在进行摄像机参数设置时，原则上应保持出厂设置默认不变，没有出厂预设的参数按最可能使用的设定进行测量，并在测试结果上注明该信息。

监控摄像机及镜头均调到最佳状态（画面最新清晰）后，用肉眼观察显示屏的影像画面，按如图标示的读数区读取线数，线数读取规则从低频测开始跟踪，到线条数减少（如5条变为4条）、中间断开或开始模糊处为止。

图 ISO测试卡主要读数区域示意图红色区域为倾斜45°方向、绿色区域为水平方向、紫色区域为垂直方向、蓝色区域为四周，般高清镜头四周分辨率（图中蓝色框内读数）要求至少达到1000线以上。

色彩还原性测试发光体的颜色与其温度有关，大部分物体在相同温度下发出的光的颜色是一样的，但是在不同温度的光源环境下，物体发光的光谱会不同，也就是所谓的色温。

人眼能够适应光的变化，因此在不同光线照射下物体的颜色看起来是一样的，而摄像机则不能自动适应光线的变化，因而当光线变化时，拍摄物体的颜色也会有变化。

一款好的高清镜头能够较好的还原画面的真实色彩，也就是具有较好的色彩还原能力。

在AVENIRETOKU精工镜头色彩还原能力进行测试时，我们可以观察到，对测试镜头的色彩还原能力通常用到的是一种24色卡，如下图所示，色卡上有24种不同的颜色，对应每一种颜色都会有一个数值标识。

测试时，变换不同光源，将摄像机拍下的色卡中各色块的数值与标准值比较，差异越小表示色彩还原能力越好。