閉路監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機鏡頭的選擇
閉路監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機鏡頭的選擇 隨著我國智能建筑行業(yè)的發(fā)展，安保技術在智能建筑中的地位與作用也與日俱增。閉路 監(jiān)控電視(簡稱CCTV)系統(tǒng)作為一種安保技術，在星級賓館、涉外辦公樓、銀行、政府機 關等場所越來越發(fā)揮著它的重要作用，包括現(xiàn)在的智能小區(qū)亦將CCTV系統(tǒng)作為安保及物 業(yè)管理的一個重要手段。為了讓CCTV技術在智能建筑中發(fā)揮更好的作用，在每項閉路電 視監(jiān)控工程中，如何正確選擇攝像機鏡頭，對于經濟指標與技術性能都是十分重要的。 　　隨著我國智能建筑行業(yè)的發(fā)展，安保技術在智能建筑中的地位與作用也與日俱增。 閉路監(jiān)控電視(簡稱CCTV)系統(tǒng)作為一種安保技術，在星級賓館、涉外辦公樓、銀行、政 府機關等場所越來越發(fā)揮著它的重要作用，包括現(xiàn)在的智能小區(qū)亦將CCTV系統(tǒng)作為安保 及物業(yè)管理的一個重要手段。為了讓CCTV技術在智能建筑中發(fā)揮更好的作用，在每項閉 路電視監(jiān)控工程中，如何正確選擇攝像機鏡頭，對于經濟指標與技術性能都是十分重要 的。 　　　 　　鏡頭的分類 　　根據(jù)民用建筑的應用場合鏡頭的種類大致可分為： 　　(1)廣角鏡頭：視角在90度以上，一般用于電梯轎箱內、大廳等小視距大視角場所； 　　(2)標準鏡頭：視角在30度左右，一般用于走道及小區(qū)周界等場所； 　　 　　(3)長焦鏡頭：視角在20度以內，焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米，用于遠距離監(jiān) 視 　　(4)變焦鏡頭：鏡頭的焦距范圍可變，可從廣角變到長焦，用于景深大，視角范圍廣 的區(qū)域； (5)針孔鏡頭：用于隱蔽監(jiān)控?！　　?　　鏡頭焦距的確定 　 　　在選擇鏡頭時，有以下五個因素確定鏡頭標準： 　?。?） 監(jiān)控現(xiàn)場的大?。弧?　?。?） 被攝物體的大小； 　　（3） 物距； 　　（4） 焦距； 　　（5） CCD靶面尺寸 。 　　前4點可由現(xiàn)場測量并通過計算來確定鏡頭的焦距標準，其計算方法如下： 　　u 1/3″CCD　F=4.8×L/W或F=3.6×L/H 　　 　　u 1/2″CCD　F=6.4×L/W或F=4.8×L/H 　　 　　其中，W為被攝物體的寬度；H為被攝物體的高度；L為鏡頭到被攝物體間的距離；F 為鏡頭焦距?！?　　那么為何在鏡頭的選用中考慮CCD靶面的尺寸呢? 　　為了從1/3″與1/2″ CCD攝像機中獲取同樣的視角，1/3″ CCD攝像機鏡頭焦距必須縮短；相反如果在1/3″ CCD與1/2″ CCD攝像機中采用相同焦距的鏡頭，情況又如何呢?1/3″ CCD攝像機視角將比1/2″ CCD攝像機明顯地減小，同時1/3″ CCD攝像機的圖像在監(jiān)視器上將比1/2″ CCD的圖像放大，產生了使用長焦距鏡頭的效果。 　　 　　另外我們在選擇鏡頭時還要注意這樣一個原則：即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶 面CCD攝像機的鏡頭，反之則不行。原因是：如1/2″ CCD攝像機采用1/3″鏡頭，則進光量會變小，色彩會變差，甚至圖像也會缺損；反之，則 進光量會變大，色彩會變好，圖像效果肯定會變好。當然，綜合各種因素，攝像機最好 還是選擇與其相匹配的鏡頭。 　　 　　手動光圈及自動光圈的選擇 　　鏡頭光圈分手動和自動兩種。以往由于攝像機的使用在室外或其它特殊場合等緣故 ，所以較多選用自動光圈鏡頭。在目前的監(jiān)控工程中，由于智能建筑大量使用CCTV系統(tǒng) ，室內監(jiān)控點占較高的比例。而許多工程商在做工程設備報價時，也同樣喜歡采用自動 光圈鏡頭。雖然自動光圈鏡頭對監(jiān)控點的光線變化適應性較強，但其價格也明顯高于相 同焦距的手動定焦鏡頭。而現(xiàn)在大多數(shù)的攝像機都有電子快門，室內的光源也較為穩(wěn)定 ，因此，智能建筑項目中大量采用自動光圈鏡頭沒有太大的必要；另一方面，現(xiàn)在市場 上用的自動光圈鏡頭分為二大類：a.電源驅動自動光圈鏡頭；b.視頻驅動自動光圈鏡頭 。電源驅動自動光圈鏡頭是通過四根線控制鏡頭的，其中兩根為DC12V或DC24V電源來驅 動鏡頭中的馬達，另兩根控制線通過鏡頭內的光感應點感應外部光源的照度來控制光圈 的大小；視頻驅動自動光圈鏡頭則是通過三根線來控制鏡頭的，其中一根為視頻觸發(fā)信 號來起動光圈，并控制光圈大小，另二根為DC12V或DC24V電源線驅動電機馬達。目前市 場上大多黑白或彩色攝像機雖然有自動光圈鏡頭接口，但除了少數(shù)可以兼容二種鏡頭以 外，大多數(shù)攝像機不能兼容，只能使用電源驅動自動光圈鏡頭或視頻驅動自動光圈鏡頭 。如果在使用中當一些攝像機損壞時，新購入的攝像機就有與原來的自動光圈鏡頭是否 兼容的問題。但當工程中的監(jiān)控點在室外時，采用帶自動光圈的鏡頭是必要的，因為室 外的光線的動態(tài)范圍變化較大，夏日陽光下環(huán)境照度達50000Lx－100000Lx；夜間路燈時 僅為10Lx，變化幅度相當大。在這種情況下攝像機無論是否具有自動調整靈敏度功能即 通過攝像機本身的電子快門已不可能適應這么寬的照度范圍，也就無法達到控制圖像效 果的作用。 　　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、封閉走廊里、無陽光直射的房間內 ，均可選用手動光圈鏡頭，這樣可在系統(tǒng)初裝調試中根據(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。 　　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，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(手動調焦 )。調焦范圍為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)。 　　3、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 　　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。
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