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浅谈:镜头技术集结与光圈对镜头的影响
2012/9/7 8:44:00   安防监控网

  在镜头产品技术上各位可能只知道镜头光圈及对焦、变焦、防震、红外滤光和电动镜头的伺服马达等知识,但可能不会知道太多关于镜头内部的一些小小技术,这些技术看来不起眼,更很少人将它与监控应用一起谈论,但别小看这些技术,往往这几个技术部分却是影响镜头本身质量的关键。

  镜头技术集结

  镜头技术的内容后,再去审视监控镜头就可以知道所采用的镜头厂商素质层次到哪个阶段,以下就让我们一个审视。

  1、镜头上非球面镜片结构 (Aspherical lens)技术

  这是目前高清监控所最要求及追求的效果需求,它的作用主要在于高透光率下低折射效果,使所有透过镜片的中心焦点能在折射后成像于同一点上,同时也能降低及减少影像桶状(凸)或针垫(凹)状变形情况,让影像成像更锐利,这种镜头镜片通常惯用低焦距行程的广角至超广角或鱼眼镜头上。

  2、低色散镜片 (LD, Low Dispersion或 UD, Ultralow Dispersion)技术

  这种镜片技术通常用于镜头的色差控制,提升相片的色彩还原效果,使用这种技术可以使光线折射后产生的光谱稳定,也就是使颜色光在透过镜片折射后的色差小,成像颜色与原色是近乎还原相同的效果。在监控上通常会使用LD较多,UD超低色散则用在DSC数字相机或DV应用上,日系产品在这个部分的采用上较多。

  3、镜头镜片镀膜 (Coating)技术

  这种技术在镜头上能抵消镜片的反射光,作用在于消除鬼影、眩光及抵抗折反射所产生的光斑,同时可以让镜头反射率降低,增加镜片上的进光量。这种技术在监控镜头上都有采用,但厂商在这部分的技术能力差异相当大,所以其实很容易从这个部分来做为镜头选型时的参考依据。另外要讲的是,这种镜片镀膜部分,使用者大概都只知道有没有镀膜而已,不会知道其实镜头镀膜有很多层级和不同,镜头镀膜大概可以分为纳米镀膜(Nano)、集成镀膜(Integrated Coating)、次波长镀膜(Sub wavelength Coating)、多层镀膜(Multi Coating)、透明镀膜(Transparency Coating)和BBAR多层镀膜HFT镀膜等类型,不一定都会用在监控上,目前监控镜头以BBAR跟Nano方式较多,其余大多用于DSC或单反相机镜头较多。

  4、高透光材质镜片技术(Fluorite FL)

  这种镜片技术较常见于高级相机上的望远伸缩镜头及高倍数望远镜头使用,它有另一个名称叫莹石芯片镜片,特点是有非常低的折射率及LD色散,让镜头在取远景拉近时不会产生镜片反射色散问题,这在日系的点动镜头高阶产品上是很容易看到的技术应用。

  5、高折射率镜片(HRI)技术

  这种镜头较为特殊,它是利用镜片特殊偏光的修正技术,来对镜头的进光产生的偏光成像差做有效的矫正、减少光学像差,这个部分可让镜头体积缩小轻量化,通常适用于DSC或监控On-Bosard板镜头上较多,但这在监控上的实质效应不高较不受监控镜头厂商关注。

  6、多层衍射镜片(Diffractive Optics, DO)技术

  这种镜片技术主要研发为双层或三层镜片,可以让成像的光线不会产生不必要的放射光束,也可以抵消多层镜片所产生的色散,且镜片排列紧密,具有低色差及体积小型化的特点,这种镜头技术则充分应用在小型变焦镜头上。

  7、双非球面镜片(DSA)技术

  这种镜片技术是属于较为特殊镜片技术,由两片非球面镜片组合,主要用意为增强清晰度及体积小型化这种技术用于DSC的应用上较多。

  8、覆消色差技术(Apochromatic, APO)

  这也是一种DSC所用特殊镜片技术,能让多种色光进入时消除色差,采用此技术镜头在监控镜头的低色散镜片及非球面镜片都会应用到此类技术。

  9、多焦点成像技术(multi Focusing)

  这是一种最新技术在2011年下半年已成功应用于数字相机DSC上,这种多焦点成像技术有个突破性的应用发展,就是让镜片在成像点上可以有多点成像,这像的影像实时在抓拍时没有清晰的录下或抓下图像,也可以在事后的影像回放上或抓拍照片上再还原应有的清晰焦距点,这对监控应用上事后的事件举证有了历史性突破的意义,但目前尚未被大量引用到监控镜头上,相信不久的未来;就会被引用到监控镜头技术上。控镜头的低色散镜片及非球面镜片都会应用到此类技术。

[NextPage]  光圈对镜头的影响

  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廉价的镜头。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。

  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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