摄像机镜头详细知识

目录

1、镜头简介

1-1、镜头简介

2、镜头分类

2-1、按结构分类

2.按焦距分类

2-3、按接口分类

3、 镜头参数

3-1、 焦距

3-2、 视场角

3-3、 焦距与视角的关系

3-4、 光圈

3-5、 调制传输函数

3-6、 分辨率

3-7、杂散光

3-8、 鬼影

3-9、畸变

3-10、色散

3-11、景深

3-12、 ICR

3-13、偏振镜

4、 常见镜头

4-1、定焦镜头

4-2、红外镜头

4-3手动变焦镜头

4-5自动对焦镜头

4-6同步对焦镜头

5.其他特殊镜头

光纤镜头-toc" style="margin-left:40px;">5-1、光纤镜头

5-2、 管道镜头

5-3、分像镜头

5-4、拐角镜头

5-5、中继镜头

5-6、安定镜头

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1、镜头简介

1-1、镜头简介

1-2、镜头特点

• 一般来说，每个镜头都是由多组不同曲面曲率的镜头组合而成。 间距和镜片曲率，透光系数其他指标的选择决定了镜头的焦距。
• 镜头的主要参数指标包括： 焦距、光圈、最大像面、视角、畸变、相对照度等。各项指标的值决定了镜头的综合性能。

2、镜头分类

2-1、按结构分类

• 固定光圈定焦镜头，即镜头只有一个可手动调节的对焦调节环，左右旋转可以使成像 CCD目标表面上的图像最清晰；没有光圈调节环，光圈不能调整，进入镜头的光通量不能通过改变镜头因素而改变，只能通过改变视场的光照来调整。结构简单，价格便宜。
• 手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调节环，光圈范围一般从F1.2或F1.4.完全关闭，可以轻松适应被摄现场的光照，光圈调节是手动进行的。光照均匀，价格便宜。
• 自动光圈定焦镜头，即在手动光圈定焦镜头的光圈调节环上增加一个齿轮合传动的微型电机，并从 驱动电路引出 3或4芯屏蔽线，接到摄像机自动光圈接口座上。当进入镜头的光通量变化时，摄像机 CCD 靶面产生的电荷发生相应的变化，从而使视频信号电平发生变化，产生一个控制信号，传给自动光圈镜头，从而使镜头内的电机做相应的正向或反向转动，完成调整大小的任务。
• 手动光圈变焦镜头，即焦距可变的，有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距。实际应用中，可通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择被监视地市场的市场角。但是当摄像机安装位置固定下以后，在频繁地手动调整变焦是很不方便的。因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少调整。仅起定焦镜头的作用。
• 自动光圈电动变焦镜头，与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机，其中一个电机与镜头的变焦环合，当其转动时可以控制镜头的焦距；另一电机与镜头的对焦环合，当其受控转动时可完成镜头的对焦。但是由于增加了两个电机且镜片组数增多，镜头的体积也相应增大。
• 电动三可变镜头，与自动光圈电动变焦镜头相比，只是将对光圈调整电机的控制由自动控制改为由控制器来手动控制。

 

2-2、按焦距分类

• 标准镜头， 指焦距长度接近或等于底片/传感器对角线长度的镜头。其视角约50度，也是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角。在诸如取景范围、透视关系等方面，标准镜头都与人眼观看的效果类同，显得特别亲切、自然。
• 广角镜头， 指焦距短于、视角大于标准镜头的镜头。视角大于90度的镜头称为“超广角镜头”。

• 鱼眼镜头， 一种极端的超广角镜头，视角在180度左右的镜头就可称为“鱼眼镜头”。鱼眼镜头的特点：1）视角大，被摄范围极广；2）透视感获得极大的夸张；3）鱼眼镜头存在严重的畸变，但可以获得戏剧性的效果；4）第一片镜片向外凸出，不能使用通常的滤镜，取而代之的是“内置式滤镜”。
• 长焦距镜头，适于拍摄距离远的景物，景深小容易使背景模糊主体突出，但体积笨重且对动态主体对焦不易。35mm 相机长焦距镜头通常分为三级，135mm以下称中焦距，135－500mm称长焦距，500mm 以上称超长焦距。长焦镜头的主要特点为：1）景深小，容易获得主体清晰，背景虚化的画面效果；2）视角小，能够获得远处主体较大的画面且不干扰被摄对象；3）压缩了画面透视的纵身感，拉近了前后景的距离；4）影像畸变较小。
• 反射式望远镜头，是另一种超望远镜头的设计，利用反射镜面来构成影像，但因设计的关系无法装设光圈，仅能以快门来调整曝光。
• 微距镜头，是一种用作 微距摄影的特殊镜头，主要用于拍摄十分细微的物体，如花卉及昆虫等。为了对距离极近的被摄物也能正确对焦，微距镜头通常被设计为能够拉伸得更长，以使光学中心尽可能远离感光元件，同时在镜片组的设计上，也必须注重于近距离下的变形与色差等的控制。大多数微距镜头的焦长都大于 标准镜头，可以被归类为望远镜头，但是在光学设计上可能是不如一般的望远镜头的，因此并非完全适用于一般的摄影。

 

2-3、按接口分类

• C接口镜头，法兰焦距为17.526mm。 法兰焦距是安装法兰到入射镜头平行光的汇聚点之间的距离。
• CS接口镜头，法兰焦距为12.5mm。 法兰焦距是安装法兰到入射镜头平行光的汇聚点之间的距离。通过使用转接环，C接口的镜头可以应用在CS接口的镜头座上，但反之不可。

• 单板机镜头，一般指M12接口及Φ14接口的镜头。
• 特殊接口镜头，一般指特殊接口的镜头，如一体机镜头等。

3、 镜头参数

3-1、 焦距

3-2、 视场角

• 在光学仪器中，以光学仪器的 镜头为顶点，以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。视场角的大小决定了光学仪器的 视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
• 视场角计算公式：（θ：视场角； ：图像尺寸，f：焦距） 。H：水平视场角 ，V：垂直视场角，D：对角线视场角。

3-3、 焦距与视场角的关系

• 焦距与视场角成反比，即焦距越大，视场角越小，反之视场角越大。
• 视野计算公式：；焦距计算公式：。

3-4、 光圈

3-5、 调制传递函数

3-6、 分辨率

3-7、杂散光

3-8、 鬼影

3-9、畸变

3-10、色散

3-11、景深

• 景深是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。在聚焦完成后，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。
• 光圈、镜头、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素：

3-12、 ICR

3-13、偏振镜

4、 常见镜头

4-1、定焦镜头

• 定焦镜头（primelens）特指只有一个固定 焦距的镜头，只有一个 焦段，或者说只有一个视野。定焦镜头没有变焦功能。定焦镜头的设计相对变焦镜头而言要简单得多，但一般变焦镜头在变焦过程中对成像会有所影响，而定焦镜头相对于变焦机器的最大好处就是对焦速度快，成像质量稳定。不少拥有定焦镜头的数码相机所拍摄的运动物体图像清晰而稳定，对焦非常准确，画面细腻，颗粒感非常轻微，测光也比较准确。
• 定焦镜头的好处，主要体现在短焦段的使用上。

4-2、红外镜头

• 采用新的光学设计方法，特殊的光学玻璃材料以及特殊镀膜和材质等先进技术， 消除可见光和红外光的焦面偏移，使可见光区到红外光区都可以在同一个焦面位置成像，从而实现日夜监控。
• 常用矫正方法：光学矫正、ED（超低色散）玻璃矫正、红外多层镀膜技术（红外增透）。

4-3、手动变焦镜头

4-4、电动变焦镜头

• 电动变焦也称作动力变焦，它是通过操作人员按压“推”、“拉”按钮，由电路产生相应的控制信号，控制变焦电机动作，带动变焦镜头组以一定速度匀速前移动来实现的。这样操作起来十分方便，变焦过程平稳，效果良好。但变焦速度受到限制，没有太多的变化。
• 一般来说, 电动变焦镜头的变焦倍数都比较大, 常用的有6倍7倍10 倍的镜头, 焦距大多在100mm以下, 还有15,16倍20倍、22倍等中倍数的, 焦距大多在100-200mm之间, 再往上还有30 倍33倍50倍100倍, 一般焦距都在300 以上的, 有些甚至可以达到或超过1000mm, 特别适合超远距离监控。与手动变焦镜头不同, 电动变焦镜头由于焦距可以通过后端人为改变, 对于场景中的重点部分可以拉近放大观察, 监控效果非常好。
• 进一步划分，电动变焦镜头可以划分为电动二可变镜头及电动三可变镜头。

4-5、自动对焦镜头

• 自动对焦（AutoFocus）是利用物体光反射的原理,将反射的光被相机上的传感器 CCD接受，通过计算机处理，带动电动对焦装置进行对焦的方式叫自动对焦。它多分为二类：一是主动式，另一个则是被动式。
• 主动式自动对焦镜头：相机上的红外线发生器、 超声波发生器发出 红外光或 超声波到被摄体。相机上的接受器接受反射回来的红外光或超声波进行 对焦，其光学原理类似三角测距对焦法.主动式中又有能量法，用于低档普及型相机的自动对焦，广泛用于各种平视取景相机.主动式对焦对斜面,光滑面对焦困难.对亮度大,远距离的被摄体对焦困难.这是由于发出的光被反射到其它方向,或达不到被摄体所至.主动式由于是相机主动发出光或波,所以可以在低反差、弱 光线下对焦.对细线条的被摄体，对动体都能自动对焦.缺点是当被摄体能吸收光或波时对焦困难，还会被玻璃反射故透过玻璃对焦困难。
• 被动式自动对焦镜头：即直接接收分析来自景物自身的反光,进行自动对焦的方式.这种自动 对焦方式的优点是;自身不要发射系统，因而耗能少，有利于小型化.对具有一定亮度的被摄体能理想的自动对焦，在逆光下也能良好的对焦.对远处亮度大的物体能自动对焦。能透过玻璃对焦.但缺点是对细线条的被摄体自动对焦较困难.在低反差，弱光下的对焦困难.对动体自动对焦能力差.对含偏光的被摄体自动对焦能力差.黑色物体或镜面的对焦能力差。

4-6、同步对焦镜头

• 同步对焦镜头，是采用高清变焦镜头与EDOF（扩展景深）技术相结合的全新设计方案，在设计过程中，精确记录各焦距段，图像清晰情况下前景组与后镜组的相对位置关系，获得光学同步对焦算法曲线。利用光学同步对焦算法曲线，使光学前镜组和后镜组的位置关系精确定位，成严格的一一对应关系，并利用结构设计，将该算法曲线固化为结构件精确的非线性/线性槽，确保当前镜组移动时，后镜组受线性槽限制，移动到对应的位置，从而实现变倍过程图像清晰。
• EDOF（扩展景深）技术设计，使镜头MTF曲线更平缓，从而使所设计镜头具备更大的景深优势，为开发同步对焦镜头的核心技术。

5、其他特殊镜头

5-1、光纤镜头

• 在特殊的CCTV安全镜头族群中，值得一提的品种包括光纤镜头、管道镜头、分像镜头、拐角镜头、中继镜头、安定镜头。这些镜头各有所长，可以实现普通镜头所无法完成的特殊功能。
• 设计难度较大的监控系统中往往需要使用粘连光纤束镜头。与通常用于视频信号传输的单模光纤和多模光纤不同，这种光纤束是由上千根单独的玻璃光纤粘连在一起组成的。它可以将物镜得到的光学图像传输到十几厘米到几米远的地方。中继镜头从光纤束处理到图像后，再将其传送到摄像机的传感器上。通过光纤镜头取得的画面，其质量不如通过普通镜头取得的画面好。因此，这种镜头只能用在普通镜头无法解决问题的场合。光纤镜头分为刚性和柔性两种。
• 高分辨率（450 线）的粘连光纤束中有几万根玻璃纤维，光学图像就是通过这些纤维从一端传输到另一段，每根光纤在光纤束两端的几何阵列中所处的位置完全相同。完整的“光纤镜头”除了包括这个光纤束外，还需要在前面加装成像用的物镜，在后端加装传递图像用的中继镜头（以便图像会聚到传感器上）。
• 光纤镜头通常用于穿过厚墙对隔壁房间的监视，有时也用在必须将摄像机与镜头分开一端距离的场合。

5-2、 管道镜头

5-3、分像镜头

• 能够将两个单独场景同时成像的同一摄像机上的镜头称作分像镜头或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜或双焦镜头。这种镜头使用两个分开的透镜获取两个场景的图像后，再将其投射到摄像机的传感器上，其中的两个透镜焦距可能相同，也可能不同；可能朝向同一方向，也可能朝向不同的方向。
• 分像镜头的转接器可以起到同样的作用。除了用于连接摄像机的接口外，转接器上还有两个C 型接口或CS接口，可以连接两个普通镜头，从而实现“一机两景”。根据双焦镜头设计的不同，最后得到的双景图像可以是左右分割的，也可以是上下分割的。所以定焦镜头、变焦镜头、针孔镜头或其它镜头，只要其接口是 C 型或 CS型的，就都可以用到这种转换器上。 侧镜位置安装的可调式反射镜可以改变镜头观察的方向。在侧镜旁边再加装一只反射镜，就可以让两中镜头对准同一场景。在这种情况下，如果前镜使用广角镜头（6.5mm），侧镜使用狭角镜头（75mm），就构成一个双焦镜头，与之相连的摄像机可以同时看到同一场景的广角和狭角的图像。在左右分割时，每个镜头的水平视场都变为正常情况下的 1/2（每个镜头只能使用传感器的一半宽度）。将分像镜头旋转 90°，可以得到上下分割的图像。双焦镜头在监视器上形成的图像是倒转的，因此需要将摄像机倒转过来安装。
• 三向光学分像镜头可以同时观察三个不同的场景。三分镜头主要用于观察丁字型走廊，但是也可以作其它用途。使用三分镜头，可以同时观察三个不同的场景（放大倍数可以相同，也可以不同），而这三个场景是显示在同一监视器上。这样，我们就节省了两只摄像机、两台监视器和一只画面分割器。每个场景占据在监视器屏幕的 1/3 面积。镜头上的可调光学器件允许分别调节三个物镜的仰角，以适用长短不同的走廊需要（长走廊镜头接近水平，短走廊需要镜头略微冲下）。与双分镜头一样，摄像机也要倒转安装。

5-4、拐角镜头

• 拐角镜头使得摄像机可以做贴墙式的安装，即摄像机与轴线与墙面相平行。
• 在墙壁后面的空间比较有限的场合，像柜员机、天花板或升降机内，拐角镜头将会是一个很好的解决方案。拐角光学镜头使得 2.6mm 镜头的轴线变得与摄像机的轴线相垂直，因为 2.6mm 镜头的视场可以达到 110°，所以使用反光镜来解决这个问题将是不可能的。因为平面反射镜无法将全部场景反射到摄像机镜头上。这种黑边（vignitting）现象将使得我们无法在监视器上看到场景的部分边缘。
• 拐角转接器可以套接所有焦距的镜头，但镜头必须带有 C型或 CS型的接口。

5-5、中继镜头

5-6、安定镜头