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镜头与光圈的融合及摄像机夜视应用分析

在大家都谈论高清、关注高清镜头的清晰度的时候,有没有考虑过光圈对镜头表现力的影响?在大家的理解中,镜头最关键的是画面清晰,对高清镜头尤其要高分辨率,但高分辨率的镜头在实际使用中就一定有好的表现吗?

在我的工程应用当中发现,很多用户、工程商对于如何选择一款优秀的镜头十分迷惑,大家都知道好的镜头产品与好的摄像机搭配,才能显示出来的优秀的成像效果。就调焦方面而言,好的镜头在调焦旋转旋钮的时候有微微的阻力感,调整到适当的位置后不易偏离焦点。

而较差的镜头调焦旋钮非常松,轻轻一动就会偏转焦点。真正好的镜头在内壁上都涂有特殊的矿油,它不易流动而且润滑能力强。而其它油添加涂抹的少了不能达到润滑作用,添加的多了又会在镜头内部流动,有时会堵塞自动光圈的羽毛状叶片造成自动光圈无法正常打开关闭。

光圈对镜头的影响

在大家都谈论高清、关注高清镜头的清晰度的时候,有没有考虑过光圈对镜头表现力的影响?在大家的理解中,镜头最关键的是画面清晰,对高清镜头尤其要高分辨率,但高分辨率的镜头在实际使用中就一定有好的表现吗?请看本文分析。

300万像素的进口高端镜头在200万像素的进口品牌摄像机上的表现是多么的糟,镜头不好吗?摄像机不好吗?非也,那么什么原因造成这样的结果,大家一起来探讨一下。

先了解一下什么是光圈:光圈是一个用来控制光线透过镜头,进入机身内感光面的光量的装置,它通常是在镜头内。大家是用F值表达光圈大小。对于已经制造好的镜头,不可能随意改变镜头的直径,但是可以通过在镜头内部加入多边形或者圆型,并且面积可变的孔状光栅来达到控制镜头通光量,这个装置就叫做光圈。

那么平常讲的1。4光圈、1。0光圈是什么意思呢?假定光圈的有效孔径为d,

d与焦距f之比定义为相对孔径F,即F=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,因此F1。0比F1。4光圈大一倍,F1。4比F2。0大一倍。下面来谈谈光圈对成像的影响。

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。如图1所示,光圈越大,

景深越短,光圈越小,景深越长。

由此可知,在全开光圈的情况下,光圈越大的镜头表现会相对更差,光圈小的则会由于景深长而表现更好。

光圈与镜头的联系

现在来讲光圈和高清镜头的关系,由于CMOS技术的发展,该技术越来越多的应用在安防项目上,为解决CMOS对光的敏感度不如CCD的问题,大多数的CMOS摄像机都是将DC接口设定在将光圈直接开到最大或根据光线强弱分2~3档有级自动调节,如上所述,光圈大景深就短,镜头的清晰范围少了,同时光圈最大的时候是镜头表现最差的时候。因此这时候使用的是镜头最差效果。

为追求好的表现和降低成本,于是就有不少低端镜头将光圈做小,但为卖高价仍标大光圈,获得在光线充足情况下的更好表现。所以常有人问,为什么这款很贵的高清镜头反而不如那款低价的镜头。那么果真光圈小在CMOS高清摄像机上表现就好吗?那为什么国际知名大厂还尽可能做大光圈的镜头呢?众所周知,镜头不光在白天使用,夜晚人流稀少,这才是监控器材发挥作用的场合,这时候光圈的大小不同的2款镜头可在显示器上会出现明显的对比,光圈1.4和2.0在通光量上只差了一倍,但显示器上亮度和清晰度有非常明显的区别外,区别更大的是摄像机传输的码流,用小光圈镜头的摄像机为检出有效像素,不断增大码流,这时两者的码流相差可达数倍,小光圈镜头给NVR和整个系统带来严重影响。所以高清镜头的检测不光要看白天,夜晚的效果更重要。

高端镜头配高端摄像机出现这样的效果,颜色失真、清晰度下降。正常的光圈设计是为了在不同的光线条件下光圈可以根据外界光线的变化而无级调节光圈大小来控制镜头的进光量达到画面亮度正常的效果。而这款摄像机设了2档光圈——光线暗时全开,光线强时缩到如图二的所示的半开状态,中间的圆片是ND减光片,是为在强光下起到阻挡光线用的通常其起作用的情况是在光圈小于ND减光片的面积的时候,而现在光圈被设定在一半的位置,一部分的进光被减光片阻挡,一部分未被阻挡,于是就出上述的画面效果。

解决之道

那么有没有解决的办法呢?其实很简单,由于CMOS的摄像机的将光圈设定在全开状态,那么只需给这类摄像机配手动光圈即可,因为手动光圈可以直接开到最大并固定,而且对于光圈全开而引起镜头成像效果下降的状况,只需略微调小一点光圈,就可以很好的提高镜头表现。美国Arecont在摄像机上就没装DC光圈接口,就避免了使用自动光圈可能引起的问题。所以在此向读者提出建议,请为光圈设定为全开的摄像机,一定配手动光圈,而不要理会该摄像机有没有DC光圈接口。那么如何解决光圈对高清镜头成像清晰度影响的问题呢?

1、人性化设计:近可能多的收集各品牌高清摄像机,并进行测试,将ND减光片调整到在绝大多数摄像机在白天不受影响的状态。

2、更科学的设计:可采用多片叶片式光圈,由于光圈越接近于圆,镜头的成像效果越好,所以该镜头在各类摄像机上都有良好的表现。

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