閉路監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)鏡頭的選擇
閉路監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)鏡頭的選擇 隨著我國(guó)智能建筑行業(yè)的發(fā)展，安保技術(shù)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(jiǎn)稱CCTV)系統(tǒng)作為一種安保技術(shù)，在星級(jí)賓館、涉外辦公樓、銀行、政府機(jī) 關(guān)等場(chǎng)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(gè)重要手段。為了讓CCTV技術(shù)在智能建筑中發(fā)揮更好的作用，在每項(xiàng)閉路電 視監(jiān)控工程中，如何正確選擇攝像機(jī)鏡頭，對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)性能都是十分重要的。 　　隨著我國(guó)智能建筑行業(yè)的發(fā)展，安保技術(shù)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(jiǎn)稱CCTV)系統(tǒng)作為一種安保技術(shù)，在星級(jí)賓館、涉外辦公樓、銀行、政 府機(jī)關(guān)等場(chǎng)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(gè)重要手段。為了讓CCTV技術(shù)在智能建筑中發(fā)揮更好的作用，在每項(xiàng)閉 路電視監(jiān)控工程中，如何正確選擇攝像機(jī)鏡頭，對(duì)于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)性能都是十分重要 的。 　　　 　　鏡頭的分類 　　根據(jù)民用建筑的應(yīng)用場(chǎng)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(nèi)、大廳等小視距大視角場(chǎng)所； 　　(2)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：視角在30度左右，一般用于走道及小區(qū)周界等場(chǎng)所； 　　 　　(3)長(zhǎng)焦鏡頭：視角在20度以內(nèi)，焦距的范圍從幾十毫米到上百毫米，用于遠(yuǎn)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(zhǎng)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(shí)，有以下五個(gè)因素確定鏡頭標(biāo)準(zhǔn)： 　?。?） 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的大小；　 　　（2） 被攝物體的大??； 　?。?） 物距； 　?。?） 焦距； 　?。?） CCD靶面尺寸 。 　　前4點(diǎn)可由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并通過計(jì)算來確定鏡頭的焦距標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)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(jī)中獲取同樣的視角，1/3″ CCD攝像機(jī)鏡頭焦距必須縮短；相反如果在1/3″ CCD與1/2″ CCD攝像機(jī)中采用相同焦距的鏡頭，情況又如何呢?1/3″ CCD攝像機(jī)視角將比1/2″ CCD攝像機(jī)明顯地減小，同時(shí)1/3″ CCD攝像機(jī)的圖像在監(jiān)視器上將比1/2″ CCD的圖像放大，產(chǎn)生了使用長(zhǎng)焦距鏡頭的效果。 　　 　　另外我們?cè)谶x擇鏡頭時(shí)還要注意這樣一個(gè)原則：即小尺寸靶面的CCD可使用大尺寸靶 面CCD攝像機(jī)的鏡頭，反之則不行。原因是：如1/2″ CCD攝像機(jī)采用1/3″鏡頭，則進(jìn)光量會(huì)變小，色彩會(huì)變差，甚至圖像也會(huì)缺損；反之，則 進(jìn)光量會(huì)變大，色彩會(huì)變好，圖像效果肯定會(huì)變好。當(dāng)然，綜合各種因素，攝像機(jī)最好 還是選擇與其相匹配的鏡頭。 　　 　　手動(dòng)光圈及自動(dòng)光圈的選擇 　　鏡頭光圈分手動(dòng)和自動(dòng)兩種。以往由于攝像機(jī)的使用在室外或其它特殊場(chǎng)合等緣故 ，所以較多選用自動(dòng)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(nèi)監(jiān)控點(diǎn)占較高的比例。而許多工程商在做工程設(shè)備報(bào)價(jià)時(shí)，也同樣喜歡采用自動(dòng) 光圈鏡頭。雖然自動(dòng)光圈鏡頭對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的光線變化適應(yīng)性較強(qiáng)，但其價(jià)格也明顯高于相 同焦距的手動(dòng)定焦鏡頭。而現(xiàn)在大多數(shù)的攝像機(jī)都有電子快門，室內(nèi)的光源也較為穩(wěn)定 ，因此，智能建筑項(xiàng)目中大量采用自動(dòng)光圈鏡頭沒有太大的必要；另一方面，現(xiàn)在市場(chǎng) 上用的自動(dòng)光圈鏡頭分為二大類：a.電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭；b.視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭 。電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)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(qū) 動(dòng)鏡頭中的馬達(dá)，另兩根控制線通過鏡頭內(nèi)的光感應(yīng)點(diǎn)感應(yīng)外部光源的照度來控制光圈 的大?。灰曨l驅(qū)動(dòng)自動(dòng)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(hào)來起動(dòng)光圈，并控制光圈大小，另二根為DC12V或DC24V電源線驅(qū)動(dòng)電機(jī)馬達(dá)。目前市 場(chǎng)上大多黑白或彩色攝像機(jī)雖然有自動(dòng)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(jī)不能兼容，只能使用電源驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭或視頻驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭 。如果在使用中當(dāng)一些攝像機(jī)損壞時(shí)，新購(gòu)入的攝像機(jī)就有與原來的自動(dòng)光圈鏡頭是否 兼容的問題。但當(dāng)工程中的監(jiān)控點(diǎn)在室外時(shí)，采用帶自動(dòng)光圈的鏡頭是必要的，因?yàn)槭?外的光線的動(dòng)態(tài)范圍變化較大，夏日陽光下環(huán)境照度達(dá)50000Lx－100000Lx；夜間路燈時(shí) 僅為10Lx，變化幅度相當(dāng)大。在這種情況下攝像機(jī)無論是否具有自動(dòng)調(diào)整靈敏度功能即 通過攝像機(jī)本身的電子快門已不可能適應(yīng)這么寬的照度范圍，也就無法達(dá)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(chǎng)被監(jiān)視環(huán)境，正確選用攝像機(jī)鏡頭是非常重要的， 因?yàn)樗苯佑绊懙较到y(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(shè)計(jì)要求(就畫面范圍或圖像細(xì)節(jié)而言)，所以正確的選用攝像機(jī)鏡頭可以使系統(tǒng) 得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)并可獲得良好的監(jiān)視效果。 　　攝像機(jī)鏡頭就光圈而言可分為手動(dòng)光圈鏡頭及自動(dòng)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(jī)鏡頭。 　　1、 手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用 　　手動(dòng)、自動(dòng)光圈鏡頭的選用取決于使用環(huán)境的照度是否恒定。 　　對(duì)于在環(huán)境照度恒定的情況下，如電梯轎箱內(nèi)、封閉走廊里、無陽光直射的房間內(nèi) ，均可選用手動(dòng)光圈鏡頭，這樣可在系統(tǒng)初裝調(diào)試中根據(jù)環(huán)境的實(shí)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(duì)于環(huán)境照度處于經(jīng)常變化的情況，如隨日照時(shí)間而照度變化較大的門廳、窗口及 大堂內(nèi)等，均需選用自動(dòng)光圈鏡頭(必須配以帶有自動(dòng)光圈鏡頭插座的攝像機(jī))，這樣便 可以實(shí)現(xiàn)畫面亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，獲得良好的較為恒定亮度的監(jiān)視畫面。 　　對(duì)于自動(dòng)光圈鏡頭的控制信號(hào)又可分為DC及VIDEO控制兩種，即直流電壓控制及視頻 信號(hào)控制。這在自動(dòng)光圈鏡頭的類型選用上，攝像機(jī)自動(dòng)光圈鏡頭插座的連接方式上， 以及選擇自動(dòng)光圈鏡頭的驅(qū)動(dòng)方式開關(guān)上，三者注意協(xié)調(diào)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(chǎng)景范圍的大小，以及所要求被監(jiān)視場(chǎng)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(chǎng)角的關(guān)系為：鏡頭焦距越長(zhǎng)，其鏡頭的視場(chǎng)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(chǎng)角的關(guān)系為：鏡頭規(guī)格越大，其鏡頭的視場(chǎng)角也越大。 所以由以上關(guān)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(chǎng)景的畫面范圍就越小，但畫面細(xì)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(chǎng)景的畫面范圍就增大，但其畫面細(xì)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(chǎng)角將大于C型接 口鏡頭的視場(chǎng)角。 　　鏡頭視場(chǎng)角可分為圖像水平視場(chǎng)角以及圖像垂直視場(chǎng)角，且圖像水平視場(chǎng)角大于圖 像垂直視場(chǎng)角，通常我們所講的視場(chǎng)角一般是指鏡頭的圖像水平視場(chǎng)角。 　　在狹小的被監(jiān)視環(huán)境中如電梯轎箱內(nèi)，狹小房間均應(yīng)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(chǎng)角均不小于99°或127°，這對(duì)于攝像機(jī)在狹小空間里一般標(biāo)高為2.5m左右時(shí)，其鏡頭的 視場(chǎng)角范圍足以覆蓋整個(gè)近距離狹小被監(jiān)視空間。也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用手動(dòng)變焦 鏡頭如日產(chǎn)Computar T2Z2814CS－2鏡頭，這種鏡頭為1/3″CS型接口手動(dòng)光圈鏡頭，其焦距2倍可調(diào)(手動(dòng)調(diào)焦 )。調(diào)焦范圍為2.8～6.0mm，視場(chǎng)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(shí)可方便地根據(jù)實(shí)際需要，靈活實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)視場(chǎng)景的“點(diǎn)”或 “面”的監(jiān)視效果。 　　對(duì)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(chǎng)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(duì)前端云臺(tái)進(jìn)行操作控制，以減少這種監(jiān)視死角，但這樣必將會(huì)增加 系統(tǒng)的工程造價(jià)(系統(tǒng)需增加前端解碼器、云臺(tái)、防護(hù)罩等)，以及系統(tǒng)操控的復(fù)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(yīng)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(chǎng)景畫面的清晰程度，以及被監(jiān)視場(chǎng)景的中心點(diǎn)到攝像機(jī)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(gè)被監(jiān)視場(chǎng)景畫面的前提下 ，應(yīng)盡量考慮選用長(zhǎng)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(xì)節(jié) 的被監(jiān)視場(chǎng)景畫面。在這種環(huán)境中也可考慮選用變焦(倍)鏡頭(電動(dòng)三可變鏡頭)，這可 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)的性能價(jià)格比決定，在選用時(shí)也應(yīng)考慮兩點(diǎn)：(1)在調(diào)節(jié)至 最短焦距時(shí)(看全景)應(yīng)能滿足覆蓋主要被監(jiān)視場(chǎng)景畫面的要求；(2)在調(diào)節(jié)至最長(zhǎng)焦距時(shí) (看細(xì)節(jié))應(yīng)能滿足觀察被監(jiān)視場(chǎng)景畫面細(xì)節(jié)的要求。通常情況下，在室內(nèi)的倉(cāng)庫(kù)、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(kù)區(qū)、碼頭、廣場(chǎng) 、車站等環(huán)境中，可根據(jù)實(shí)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(jià)格越高，可在綜合考慮系統(tǒng)造價(jià)允許的前提下，適當(dāng)選用高倍數(shù)變焦鏡頭)。 　　3、正確選用鏡頭焦距的理論計(jì)算 　　攝取景物的鏡頭視場(chǎng)角是極為重要的參數(shù)，鏡頭視場(chǎng)角隨鏡頭焦距及攝像機(jī)規(guī)格大 小而變化(其變化關(guān)系如前所述)，覆蓋景物鏡頭的焦距可用下述公式計(jì)算： 　　(1)f=u·D/U 　　(2)f=h·D/H 　　f：鏡頭焦距、U：景物實(shí)際高度、H：景物實(shí)際寬度、D：鏡頭至景物實(shí)測(cè)距離、u： 圖像高度、h：圖像寬度 　　舉例說明： 　　當(dāng)選用1/2″鏡頭時(shí)，圖像尺寸為u=4.8mm，h=6.4mm。鏡頭至景物距離D=3500mm，景 物的實(shí)際高度為U=2500mm(景物的實(shí)際寬度可由下式算出H=1.333·U，這種關(guān)系由攝像機(jī) 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。
閉路監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機(jī)鏡頭的選擇