LENS (鏡頭)簡介 請選擇分類Camera(攝影機)Lens(鏡頭)
鏡頭之主要功能為，收集被攝影物體反射光並將其反射光聚焦於CCD上其投射至CCD上之圖像是倒立，攝影機電路具有將其反轉功能，其成像原理與人的眼睛相同。
A. LENS 種類 :
1. 固定焦距式 ( Fixed Focal lens )
2. 伸縮式 ( Zoom lens )
3. 自動光圈或手動光圈 ( auto iris or manual iris )
B. 依據焦距數字大小區分:
1. 標準鏡頭
2. 廣角鏡頭
3. 望遠鏡頭
C. 依據光圈區分:
1. 固定光圈式 ( fixed iris )
2. 手動光圈式 ( manual iris )
3. 自動光圈式 ( auto iris )
EX : 依據影像訊號調整光圈大小,優點靈敏度高.
EE : 依據 photo sensor 變化調整.
D. 伸縮鏡頭 (Zoom lens ):
伸縮調整方式:
1. 電動伸縮鏡頭 (motorized zoom lens )
2. 手動伸縮鏡頭 (manual zoom lens )
鏡頭倍數 : 6倍 , 8倍 , 10倍 , 12倍 等
E. 鏡頭特有術語及其代表意義:
1. Iris ( 光圈 )
2. Focus ( 聚焦 )
3. Zoom ( 變焦 )
4. F-stop ( 光圈孔徑 )
5. Focus length ( 焦距 )
F. F & f 代表意義
F :代表光圈孔徑 : F1.2 , F1.4 , F1.6 , F1.8 , F2.0,數值越小代表光圈可開啟越大進光量越強;F. 代表焦距範圍 f : 4mm ; f : 6mm ; f : 8mm 等;zoom lens f : 8-48 ; f : 8-80 ; f : 7.5-120 等
G. 鏡頭與攝影機選用:
camera lens (標準) (廣角) (超廣角)
1/3" 6 mm 4.2 mm
1/2" 12 mm 6 mm 4.2 mm
2/3" 16 mm 8 mm 4.8 mm
1" 25 mm 12.5 mm 8 mm
H. 鏡頭搭配攝影機注意事項:
1. 安裝方式 C or CS mount , 不同規格時請加轉換環或調整攝影機鏡頭座位置
2. 鏡頭規格表上標示使用於何種尺寸攝影機 , 請依照標示使用.
3. DC drive & Video drive 請配合攝影機規格使用.
4. 鏡頭驅動電壓需使用正確 ( 6v or 9v~12v ) .
I. 決定鏡頭品質因素:
1. 採用鏡片數目(多類型鏡片組合可減少色偏改善焦聚等問題但會減少透光率)
2. 鏡片透光率(好鏡片透光率佳價格貴, 差鏡片較會阻擋光線通過)
3. 鍍層與研磨(鏡片鍍層與研磨技術影響鏡片品質)
4. 機械裝置(鏡頭內部機械結構經密度影響鏡片移動精確度及可靠度品質差機械結構會產生調整誤差及不一致性)
J. 鏡頭工作原理簡介:
1. 鏡頭是由許多凹凸鏡片組合而成.
2. 各種不同數量之鏡片經由有順序排列組合行程各種不同焦距之鏡頭.
3. 鏡頭內部有部分鏡片為可移動式 , 以利得到寬廣之使用範圍
4. 外部影像經由鏡頭鏡片組聚焦後 , 將清晰影像投射於攝影機 CCD sensor 表面上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
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；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。
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(系统需增加前端译码器、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，首先应根据被监视环境的开阔程度，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)。
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：
(1) 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
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。
用于决定摄影机所观测之视角，根据不同需求，使用不同焦距之镜头以得到最佳视角。
其它镜头规格说明
1． IMAGE FORMAT
如镜头为1/3″,所以只能用在1/3″ 、1/4″或1/5″以下的CAMERA上,1/2″的CAMERA就不能使用,否则摄取之景物在莹幕上的边缘会被遮盖。
2． MOUNT
目前镜头有C及CS MOUNT二种规格，目前发展之镜头，一般以CS MOUNT居多，C及CS MOUNT搭配CAMERA使用，相差5mm距离。
3． FOCAL LENGTH
根据自己需求而定, 可决定所照摄物体的远近及在莹幕的大小。
4． AAPERTURE
F value愈小，表示入光量愈多，可使CAMERA感度增强，所以一般愈低愈好。
5． ANGLE OF VIEW（视角）
视角一般有分左右（HORIZZONTAL）及上下（VERTICAL），比例为4∶3，甚至有人称之为斜对角（DIAGONAL）。视角随镜头的焦距、CAMERA SENSOR的大小（1/2″、1/3″OR…）及讲法而变,要注意清楚。
6． 自动光圈控制方式有二种：
a：VIDEO DRIVER
b：DC DRIVER
7． 目前镜头的种类大致上可分：
a：MONO FOCAL LENS (单一焦距镜头) : FIX IRIS（固定光圈）, MANUAL IRIS（手动光圈）
b：PINHOLE LENS（针孔镜头）：F值比一般大
c：AUTO IRIS LENS（自动光圈）
d：VARI－FOCAL LENS（变焦镜头）
e：MOTORIZED ZOOM LENS（电动变焦镜头）
比较如下:
FOCAL LENGTH APERTURE
MONO FOCAL LENS 固定 固定
PINHOLE LENS 固定 手动/自动
AUTO IRIS LENS 固定 手动/自动
VARI－FOCAL LENS 手动调整 手动/自动
MOTORIZED ZOOM LENS 电动调整 自动
1.镜头的种类(根据应用场合分类)
· 广角镜头：视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。
· 标准镜头：视角30度左右，使用范围较广。
· 长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。
· 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。
· 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。
镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。
A、固定光圈定焦镜头
固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。
由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。
B、手动光圈定焦镜头
手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。
C、自动光圈定焦镜头
自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。
D、手动变焦镜头
顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为2~3倍，焦距一般在3. 6~8 mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。
对于大多数电视监控系统工程来说，当摄像机安装位置固定下来后，再频繁地手动变焦是很不方便的，因此，工程完工后，手动变焦镜头的焦距一般很少再去调整，而仅仅起到定焦镜头的作用。因而手动变焦镜头一般用在要求较为严格而用定焦镜头又不易满足要求的场合。但这种镜头却受到工程人员的青睐，因为在施工调试过程中使用这种镜头，通过在一定范围的焦距调节，一般总可以找到一个可使用户满意的观测范围（不用反复更换不同焦距的镜头），这一点在外地施工中尤为显得方便。
E、自动光圈电动变焦镜头
此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。
自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能。
2.被摄物体的大小、距离与焦距的关系
设被摄物体的高度和宽度分别为H、W，被摄物体与镜头间的距离为D，镜头的焦距为f。靶面成像的高度和宽度分别为h、w，则计算公式如下： f=h×D/H f=w×D/W
根据上述公式，也可以很容易地计算出视场角，下表为靶面尺寸和成像大小对照表 靶面规格 1" 2/3" 1/2" 1/3" h 9.6mm 6.6mm 4.8mm 3.6mm w 12.8mm 8.8mm 6.4mm 4.8mm
3.相对孔径
为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，比d大，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的平方成正比，一般习惯上用F=f/D，即相对光径的倒数来表示镜头光圈的大小。F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情况下，F值越小，表示镜头越好。
4.镜头的焦距
1) 定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。
· 有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。
· 无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。
2) 变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。
常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。
三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。
二可变镜头：可调焦距、调聚焦、自动光圈。
5.选配镜头原则
为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素：
A) 被摄物体的大小
B) 被摄物体的细节尺寸
C) 物距
D) 焦距
E) CCD摄像机靶面的尺寸
F) 镜头及摄像系统的分辨率
注释：
变焦镜头--焦平面的位置固定，而焦路可连续调节的光学系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片，改变它们之间的相对位置而实现的。这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。
焦距--透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离。单位一般为毫米或英寸。
光圈--位于摄像机镜头内部分的、可以调节的光学机械性阑也，可用来控制通过镜头的光线的多少。
自动光圈--镜头内的隔膜装置，可根据电视摄像机传来的视频信号自行调节，以适应光照强度的变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000-1到300000-1。
一、公式计算法：
视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。
1、镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下；
f=wL/W
f=hL/h
f：镜头焦距 w：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度）
W：被摄物体宽度
L：被摄物体至镜头的距离
h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度
H：被摄物体的高度
ccd靶面规格尺寸： 单位mm
规格 W H
1/3 " 4.8 3.6
1/2 " 6.4 4.8
2/3 " 8.8 6.6
1 " 12.7 9.6
由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3,当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。
2、视场角的计算 如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。 水平视场角β（水平观看的角度） β=2tg-1= 垂直视场角q（垂直观看的角度） q=2tg-1= 式中w、H、f同上 水平视场角与垂直视场角的关系如下： q=或=q 表2中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值，如果知道了水平或垂直场角便可按下式计算出视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度W. H=2Ltg、W=2Ltg 例如；摄像机的摄像管为17mm(2/3in),镜头焦距f为12mm，从表2中查得水平视场角为40℃而镜头与被摄取物体的距离为2m，试求视场的宽度w。 W=2Ltg=2×2tg=1.46m 则H=W=×1.46=1.059m 焦距f越和长，视场角越小，监视的目标也就小。
二、图解法
如前所示，摄像机镜头的视场由宽（W）。高（H）和与摄像机的距离（L）决定，一旦决定了摄像机要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定； *.欲监视景物的尺寸 *.摄像机与景物的距离 *.摄像机成像器的尺士：1/3"、1/2"、2/3"或1"。 图解选择镜头步骤： 所需的视场与镜头的焦距有一个简单的关系。利用这个关系可选择适当的镜头。 估计或实测视场的最大宽度；估计或实测量摄像机与被摄景物间的距离；使用1/3”镜头时使用图2，使用1/2镜头时使用图3，使用2/3”镜头时使用图4，使用1镜头时使用图5。具体方法：在以W和L为座标轴的图示2-5中，查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中，应选用座标交点上，面那条线指示的数值。例如： 视场宽50m,距离40m,使用1/3"格式的镜头，在座标图中的交点比代表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。而用2.8mm的镜头则可以完全覆盖视场。
f=vD/V
f=hD/H
其中，f代表焦距，v代表CCD靶面垂直高度，V代表被观测物体高度，h代表CCD靶面水平宽度，H代表被观测物体宽度。
举例：假设用1/2”CCD摄像头观测，被测物体宽440毫米，高330毫米，镜头焦点距物体2500毫米。由公式可以算出：
焦距f=6.4X2500/440≈36毫米 或
焦距f=4.8X2500/330≈36毫米
当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。
镜头光圈分手动和自动两种。以往由于摄像机的使用在室外或其它特殊场合等缘故，所以较多选用自动光圈镜头。在目前的监控工程中，由于智能建筑大量使用CCTV系统，室内监控点占较高的比例。而许多工程商在做工程设备报价时，也同样喜欢采用自动光圈镜头。虽然自动光圈镜头对监控点的光线变化适应性较强，但其价格也明显高于相同焦距的手动定焦镜头。而现在大多数的摄像机都有电子快门，室内的光源也较为稳定，因此，智能建筑项目中大量采用自动光圈镜头没有太大的必要；另一方面，现在市场上用的自动光圈镜头分为二大类：a.电源驱动自动光圈镜头；b.视频驱动自动光圈镜头。电源驱动自动光圈镜头是通过四根线控制镜头的，其中两根为DC12V或DC24V电源来驱动镜头中的马达，另两根控制线通过镜头内的光感应点感应外部光源的照度来控制光圈的大小；视频驱动自动光圈镜头则是通过三根线来控制镜头的，其中一根为视频触发信号来起动光圈，并控制光圈大小，另二根为DC12V或DC24V电源线驱动电机马达。目前市场上大多黑白或彩色摄像机虽然有自动光圈镜头接口，但除了少数可以兼容二种镜头以外，大多数摄像机不能兼容，只能使用电源驱动自动光圈镜头或视频驱动自动光圈镜头。如果在使用中当一些摄像机损坏时，新购入的摄像机就有与原来的自动光圈镜头是否兼容的问题。但当工程中的监控点在室外时，采用带自动光圈的镜头是必要的，因为室外的光线的动态范围变化较大，夏日阳光下环境照度达50000Lx－100000Lx；夜间路灯时仅为10Lx，变化幅度相当大。在这种情况下摄像机无论是否具有自动调整灵敏度功能即通过摄像机本身的电子快门已不可能适应这么宽的照度范围，也就无法达到控制图像效果的作用。
产品分类
