你的位置:首页 > 新闻动态 > 专题报道

光学镜头基础知识介绍(二)

2015-12-29 20:12:06      点击:

选择镜头的技术依据

  (1)镜头的成像尺寸

  应与摄像机CCD靶面尺寸相一致,如前所述,有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸等规格。

  (2)镜头的分辨率

  描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变,但对用户而言,需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率,以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位,计算公式为:镜头分辨率N二180/画幅格式的高度。由于摄像机CCD靶面大小已经标准化,如1/2英寸摄像机,其靶面为宽6.4mm*高4.8mln,1/3英寸摄象机为宽4.8mm×高3.6mm。因此对1/2英寸格式的CCD靶面,镜头的最低分辨率应为38对线/mm,对1/3英寸格式摄像机,镜头的分辨率应大于50对线,摄像机的靶面越小,对镜头的分辨率越高。

  (3)镜头焦距与视野角度

  首先根据摄像机到被监控目标的距离,选择镜头的焦距,镜头焦距f确定后,则由摄像机靶面决定了视野。

  (4)光圈或通光量

  镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量,以F为标记,每个镜头上均标有其最大的F值,通光量与F值的平方成反比关系,F值越小,则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。

  变焦镜头(zoomlens)

  变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化,因此可以使被监控的目标放大或缩小,所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6倍(6.0-36mm,F1.2)、8倍(4.5-36mm,F1.6)、10倍(8.0-80mm,F1.2)、12倍(6.0-72mm,F1.2)、20倍(10-200mm,F1.2)等档次,并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数,除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中,光圈的调整有三种,即:自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整,则只有电动调整和预置两种,电动调整是由镜头内的马达驱动,而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位,这样可以免除成像必须逐次调整的过程,可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中,大部分采用带预置位的伸缩镜头。另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能,它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。

  镜头与摄像机CCD尺寸的关系

  1/2"镜头既可用于1/2"摄像机,也可用于1/3"摄像机,但视角会减少25%左右。

  1/3"镜头不能用于1/2"摄像机,只能用于1/3"摄像机。

  不同种类镜头的应用范围

  手动、自动光圈镜头的应用范围

  手动光圈镜头是的最简单的镜头,适用于光照条件相对稳定的条件下,手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的-个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。

  在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标,应采用自动光圈镜头,比如在户外或人工照明经常开关的地方,自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动,马达受控于摄像机的视频信号。

  手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距(光圈)镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。

  定焦距(光圈)镜头,一般与电子快门摄像机配套,适用于室内监视某个固定目标的场所作用。



    定焦距镜头一般又分为长焦距镜头,中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头;焦距小于成像尺寸的称为短距镜头,短焦距镜头又称广角镜头,该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头,短焦距镜头主要用于环境照明条件差,监视范围要求宽的场合,焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头,长焦距镜头又称望远镜头,这类镜头的焦距一般在150mm以上,主要用于监视较远处的景物。

  手动光圈镜头,可与电子快门摄像机配套,在各种光线下均可使用。

  自动光圈镜头,(EF)可与任何CCD摄像机配套,在各光线下均可使用,特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面,一般都配自动光圈镜头。

  电动变焦距镜头,可与任何CCD摄像机配套,在各种光线下均可使用,变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦,光圈开度,改变焦距大小的。

  镜头的主要性能指标有以下几个:

  1、焦距:焦距的大小决定着视场角的大小,焦距数值小,视场角大,所观察的范围也大,但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大,视场角小,观察范围小,只要焦距选择合适,即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的,一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角,所以在选择镜头焦距时,应该充分考虑是观测细节重要,还是有一个大的观测范围重要,如果要看细节,就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面,就选择小焦距的广角镜头。

  2、光阑系数:即光通量,用F表示,以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值,例如6mm/P1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系,F值越小,光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22等,其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4,1/2,1/2.8,1/4,1/5.6,1/8,1/11,1/16,1/22,前一数值是后一数值的根号2倍,因此光圈指数越小,则通光孔径越大,成像靶面上的照度也就越大。另外镜头的光圈还有手动(MANUALIRIS)和自动光圈(AUTOIRIS)之分。配合摄像头使用,手动光圈适合亮度变化不大的场合,它的进光量通过镜头上的光圈环调节,一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整,用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。

  3、自动光圈镜头:自动光圈镜头目前分为两类:一类称为视频(VIDEO)驱动型,镜头本身包含放大器电路,用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流(DC)驱动型,利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达,要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头,通常还有两项可调整旋钮,一是ALC调节(测光调节),有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择,一般取平均测光档;另一个是LEVEL调节(灵敏度),可将输出图像变得明亮或者暗淡。

  4、变倍镜头:变倍镜头分为手动(MANUALZOOMLENS)和电动(AUTOZOOMLENS)两种,手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时,摄像头通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大,既可以看大范围的情况,也可以聚焦某个细节,再加上云台可以上下左右的转动,可视范围就非常大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率,如果再知道。

  在介绍镜头前,必须先解释一下"焦距"这个名词。就单片透镜的镜头而言,焦点与镜头中心点的距离便是焦距。复式镜头的焦距俗说是焦点与光圈位置间的距离,实际上是焦点与镜头后节点的距离。望远镜头的后节点远在最前镜片之前,广角镜头则在最后镜片之后,所以依镜头设计的不同而有所差异。




镜头选购注意事项

  当你在考虑购买不同的镜头时,以下几点是值得事先考虑的:

  如果镜头的制造商和你的相机的不同,那么一定要弄清楚在加上新镜头后,相机上的功能是否仍然能够使用,像自动聚焦、程序模式、"智能"测光等等。

  另外一个需要考虑的问题是镜头的制作材料,有些镜头非常轻,它们的镜头筒大都是用聚碳酸酯做成的;还有一些则是用相当重的金属材料做成的。通常来说,中等价格的聚碳酸酯镜头就能够满足你的需要了。如果你经常更换镜头,那么你最好选用一个不锈钢(而不是聚碳酸酯)的镜头。

  右图是使用广角镜头拍摄的大片野花,正是因为广角镜头的使用,才能够让这片的野花看起来就像是一块大地毯,如果使用的是远距镜头则绝对达不到这样的视觉效果。

  检查镜头的保修期限,一般是1年到6年不等,镜头的保修服务通常都是由零售商提供的,因此在选购镜头的时候一定要选择信誉好的商店。

  查看镜头说明书上的关于镜片类型的介绍,标明有低像散或非球面透镜的镜头能够产生更好的图象效果。

  如果你想拍摄到顶级的图象质量,那么就要考虑选购"pro"镜头,比如说80-200mmf/2.8,具有低像散镜片和金属镜头筒的镜头。像这样的镜头通常也能够得到更加清晰的成像。当然,这样的镜头也就十分昂贵,也要相应的大和重一些。

  如果在购买时你遇到两种很相似,但价格却相差很大的镜头时,最好向售货员询问一下它们的区别,或者是通过浏览网页或查看其它的资料来比较它们的不同。有一些可能因其具有光学图象稳定功能,所以它的价格就要贵一些。

  对于那些高价格的镜头,它们可能还具有下面的一些优点或功能,比如微距聚焦、超声波马达自动对焦、更大的广角光圈(f/3.5-4.5vs.f/5.6-6.3)等。大的光圈能够让你使用像ISO200这样的慢速胶卷(代替ISO400胶卷),以得到高清晰度、色彩丰富的图象。

  人们理想中的镜头应该是成像极度清晰、对焦速度快、质量轻、价格适中、焦距20-500mm、最大光圈f/2.8的超声波微距镜头,但是直到目前为止,世界上都还没有任何一家镜头制造商能够生产出这样的镜头。因此,我们在选择镜头时还是要从我们能够得到的最大用处来做出最终的选择

  [佳能300D特约]如何象行家那样选购镜头

  出处:PConline

  由于现代镜头的设计都是电脑帮助完成,一些人往往认为生产的大多数镜头几乎都是同

  一个标准。但是行家们往往更会识别镜头的好坏。

  下面介绍一下行家们在摄影器材商店选购镜头时常用的几种快速检验方法:

  1.初看,优质镜头看上去就象观察清澈水底似的;深沉而又黑暗,内部没有反光。这

  是因为镜头加工精细。没有反光是表明镜头性能好的最重要的因素之一,因为零星的反光会

  有损于照片的质量。




 2.细看。把焦点调到最近处(如果是变焦镜头,把镜头拉到最大变焦挡位),然后让镜

  头稍微倾斜,以反射室内的光线。数一下你能看到的色彩。如果有三色,或者不到三色,那

  意味着厂家省去了一些耗资而又费时的多层镀膜工艺,而这种镀膜对于高质量的传递光线和

  取得彩色均衡是十分必要的。

  3.具体检查。全面检查一下各种装置。对焦和变焦应当调节起来平滑顺手,没有毛病。

  不能太松,也不能太紧。各挡光圈挡位都应当好使,不能错动。任何问题都意味着使用不便,

  或者是属于加工和装配质量不好。

  4.手感效果。现在不妨把镜头装在照相机上,看一看镜头是否合适。镜头应当既坚实,

  又轻便,用起来顺手得当,但是也不能太轻,以至于使用起来感到太单薄或太不得心应手,

  因为这样可能意味着镜片不够或属于粗制滥造。

  5.把光圈开到最大。检查一下最大光圈。大光圈不仅能使光线通过得多,它还可以判

  定你的裂像取景在低光不条件下是否有用。例如,F2.5的镜头要比F2.8的镜头多通过百分

  之二十五的光量。如果在室内拍摄,使用大口径的镜头和口径稍小一点的镜头,取得的照片

  效果会大不一样。

  6.把光圈收小。检查一下最小光圈。如果你使用高速胶片,想在各种场合拍照,你需

  要把光圈收小到F/22或F/32。否则你会曝光过度。

  7.调节便利。检查一下调到半挡光圈挡位时光圈环是否容易滑动。专业摄影师常常使

  用半挡光圈挡位取得对光线的精心控制,然而每个认真的摄影家也需要使用半挡光圈挡位,

  以便拍摄出精细的彩色作品和取得合适的景深。

  8.近摄。检查一下从正常距离到微距连续对焦的效果。在实际拍摄中,你通常没有时间让眼睛离开取景器。

  9.想到旧物利用,大多数摄影家买镜头花的钱要比买照相机花得多。因此,保护好你在镜头上所花费的投资是个好主意,因为所买的镜头可以装在其他机身上。甚至你换用新牌子照相机也可以把旧镜头派上用场。

  10.保单。好的镜头制造得坚固和耐用。表明镜头坚固和耐用与否的一个标志是厂家对镜头的保单规定的有效期有多长。

  如果你记住上述几条,那么你买镜头时就不会花冤枉钱了。




 摄像机镜头选购指南

  在电视监控系统中如何根据现场被监视环境,正确选用摄像机镜头是非常重要的,因为它直接影响到系统组成后在系统末端监视器上所看到的被监视面画的效果能否满足系统的设计要求(就画面范围或图像细节而言),所以正确的选用摄像机镜头可以使系统得到最优化设计并可获得良好的监视效果。

  摄像机镜头就光圈而言可分为手动光圈镜头及自动光圈镜头两种,就焦距而言又可分为定焦镜头及变焦镜头两种。

  下面就以使用环境的不同谈如何正确选用摄像机镜头。

  1手动、自动光圈镜头的选用

  手动、自动光圈镜头的选用取决于使用环境的照度是否恒定。

  对于在环境照度恒定的情况下,如电梯轿箱内、封闭走廊里、无阳光直射的房间内,均可选用手动光圈镜头,这样可在系统初装调试中根据环境的实际照度,一次性整定镜头光圈大小,获得满意亮度画面即可。

  对于环境照度处于经常变化的情况,如随日照时间而照度变化较大的门厅、窗口及大堂内等,均需选用自动光圈镜头(必须配以带有自动光圈镜头插座的摄像机),这样便可以实现画面亮度的自动调节,获得良好的较为恒定亮度的监视画面。

  对于自动光圈镜头的控制信号又可分为DC及VIDEO控制两种,即直流电压控制及视频信号控制。这在自动光圈镜头的类型选用上,摄像机自动光圈镜头插座的连接方式上,以及选择自动光圈镜头的驱动方式开关上,三者注意协调配合好即可。

  2、定焦、变焦镜头的选用

  更新定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小,以及所要求被监视场景画面的清晰程度。

  在镜头规格(镜头规格一般分为1/3″、1/2″和2/3″等)一定的情况下,镜头焦距与镜头视场角的关系为:镜头焦距越长,其镜头的视场角就越小(见图1所示);在镜头焦距一定的情况下,镜头规格与镜头视场角的关系为:镜头规格越大,其镜头的视场角也越大。所以由以上关系可知:在镜头物距一定的情况下,随着镜头焦距的变大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就越小,但画面细节越来越清晰;而随着镜头规格的增大,在系统末端监视器上所看到的被监视场景的画面范围就增大,但其画面细节越来越模糊。在镜头规格及镜头焦距一定的前提下,CS型接口镜头的视场角将大于C型接口镜头的视场角。

  镜头视场角可分为图像水平视场角以及图像垂直视场角,且图像水平视场角大于图像垂直视场角,通常我们所讲的视场角一般是指镜头的图像水平视场角。

  在狭小的被监视环境中如电梯轿箱内,狭小房间均应采用短焦距广角或超广角定焦镜头,如选用镜头规格为1/2″,CS型接口,镜头焦距为3.6mm或2.6mm镜头,这些镜头视场角均不小于99°或127°,这对于摄像机在狭小空间里一般标高为2.5m左右时,其镜头的视场角范围足以覆盖整个近距离狭小被监视空间。也可根据现场实际情况选用手动变焦镜头如日产ComputarT2Z2814CS-2镜头,这种镜头为1/3″CS型接口手动光圈镜头,其焦距2倍可调(手动调焦)。调焦范围为2.8~6.0mm,视场角变化范围为96°~47.2°,这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用,在使用时可方便地根据实际需要,灵活实现对被监视场景的"点"或"面"的监视效果。




对于一般变焦(倍)镜头而言,由于其最小焦距通常为6.0mm左右,故其变焦(倍)镜头的最大视场角为45°左右,如将此种镜头用于这种狭小的被监视环境中,其监视死角必然增大,虽然可通过对前端云台进行操作控制,以减少这种监视死角,但这样必将会增加系统的工程造价(系统需增加前端解码器、云台、防护罩等),以及系统操控的复杂性,所以在这种环境中,不宜采用变焦(倍)镜头。

  在开阔的被监视环境中,首先应根据(1)被监视环境的开阔程度,(2)用户要求在系统末端监视器上所看到的被监视场景画面的清晰程度,以及(3)被监视场景的中心点到摄像机镜头之间的直线距离为参考依据,在直线距离一定且满足覆盖整个被监视场景画面的前提下,应尽量考虑选用长焦距镜头,这样可以在系统末端监视器上获得一幅具有较清晰细节的被监视场景画面。在这种环境中也可考虑选用变焦(倍)镜头(电动三可变镜头),这可根据系统的设计要求以及系统的性能价格比决定,在选用时也应考虑两点:(1)在调节至最短焦距时(看全景)应能满足覆盖主要被监视场景画面的要求;(2)在调节至最长焦距时(看细节)应能满足观察被监视场景画面细节的要求。通常情况下,在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者10倍镜头即可满足要求,而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中,可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可(一般情况下,镜头倍数越大,价格越高,可在综合考虑系统造价允许的前提下,适当选用高倍数变焦镜头)。

  3、正确选用镜头焦距的理论计算

  摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数,镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化(其变化关系如前所述),覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算:

  f=u·D/U

  (2)f=h·D/H

  f:镜头焦距、U:景物实际高度、H:景物实际宽度、D:镜头至景物实测距离、u:图像高度、h:图像宽度

  (2)举例说明:当选用1/2″镜头时,图像尺寸为u=4.8mm,h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm,景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=1.333·U,这种关系由摄像机取景器CCD片决定)。

  将以上参数代入公式(1)中,可得f=4.8·3500/2500=6.72mm,故选用6mm定焦镜头即可。

  摄影镜头的选择

  关于镜头的专业术语

  aberration像差:光学系统中对成像造成不良影响的因素。任何光学系统的设计都致力于用不同的方法纠正各种像差,如:球差与色差,渐晕,慧差和畸变。

  agc自动增益控制:这是一种内置的功能,用来自动调节增益水平。

  alccontrol自动光线补偿:一种自动光圈设定,使明亮的主体不至于影响整体的曝光。向peak(弱化)方向调节,会使感光度提高;设定成averade(平均)时感光度降低。average为一般的出厂设定。

  angleofview视角:摄影镜头拍摄的视场对角线角度称为视角。通常广角镜头具有较大的视角;而长焦镜头的视角则较窄。

  aperture光圈:原意指镜头的开度。一般指控制镜头开度的装置,以控制通过镜头的通光量。光圈的大小可以是固定的或可变的。光圈的大小也决定着景深,使用较小的光圈(如:f/11f/16)往往具有较大的景深。

  aspectratio画幅比:指拍摄画面的纵横比,一般的135相机拍摄的画面是24x36mm,其画幅比为2:3

  aspherical非球面镜片:一种含有非球面表面的光学元件。目前有多种制造非球面镜片的方法,如:压铸成型,喷射铸造,复合成型等。这些工艺都依赖于高精度的制造技术。腾龙公司已成功地开发了复合型非球面镜片---一种高精度的模具制造与镜头镀膜技术。




 backfocus(backfocaldistant)后焦距:从光学元件第2主点至焦平面的距离。

  barrel镜筒:安装镜片及其他部件的桶型结构。

  bbarmulti-coating:腾龙特有的bbar多层镀膜。bbar即broad-bandanti-reflective,意为宽频率抗反射。腾龙拥有在镜头表面镀上多层极薄的抗反射层的技术,这种技术能大大提高镜头的清晰度与色彩还原能力。

  depthoffield景深:对焦主体前后的那段清晰区域。

  fieldofview视野:通过镜头拍摄到的最大区域。

  finder取景器:相机上的取景装置。通过它,拍摄者可轻易地构图。

  fixedfocal定焦:该镜头只具有单一的焦距。

  fixedfocus(panfocus)固定物距:该镜头的拍摄物距是固定的,不提供调焦能力。

  flankback(flangebackfocaldistance)定位截距:镜头安装平面至焦平面的距离。

  f-number(f/#):f值,表示光圈大小。

  focallength:镜头焦距

  lensshade:镜头遮光罩

  lowdispersion(ld)hybridasphericelement:低色散镜片,这是一种特殊的光学材料,简称:ld。ld镜片的作用是克服镜头固有的色散现象。

  minimunobjectdistance:最近对焦距离,简称:mod

  off-the-film-metering焦平面测光:这是相机上的一种先进的测光方式,测光元件从焦平面直接读取光线数据。

  quadcamzoom:4凸轮变焦机构。这是腾龙在其af28-300镜头上率先采用的变焦机械装置。

  vignetting渐晕:画面4角的黑角现象。

  wideanglelens:广角镜头。

  zoomlens:变焦镜头

  zoomratio:变焦倍率。