摄像机镜头技术分析与防水防雾解决方案

石鑫华视觉

摄像机镜头技术分析

        论何种监控工程的应用中，视频画质效果皆是考核镜头优劣的核心因素。好的摄像机如果配上不好的镜头，就不能得到高质量的监控画面。同理，如果好的镜头却配上不好的摄像机，那也不会有好的视频画面呈现。
镜头是监控摄像机的眼睛，正确选择镜头以及良好的安装与调整是清晰成像的第一步。当前，1/3"镜头是应用的主流，自动光圈镜头销售量最多，变焦镜头是应用发展的趋势。
　　1)应依据监控摄像机到被监视目标的距离，来选择定焦镜头(Fixed Focal Lens)的焦距。
　　从焦距上区分有短焦距广角镜头、中焦距标准镜头、长焦距远镜头。镜头焦距通常用值来表示，镜头光圈一般用F表示，F取值以镜头的焦距/和通光孔径d的比值来衡量，F=f/d，每个镜头上均标有其最大的F值。
　　2)监控摄像机的镜头规格应与监控摄像机CCD靶面尺寸(1/2"为6.4hX4.8υ、1/3"为4.8hX3.6υ、1/4"为3.2hX2.4υ)相对应。如果镜头尺寸与监控摄像机CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。
　　3)监控摄像机的水平视觉度数及垂直视觉度数与监控摄像机CCD靶面尺寸hXυ及镜头焦距f之间有如下关系：水平视觉度数=2arctan (h/2f)；
　　垂直视觉度数=2arctan (υ/2f)。
　　4)镜头有自动光圈(auto iris)和手动光圈(manual iris)之分。自动光圈用于被照物光线变化较多场合，手动光圈用于被照物光线稳定之处。
　　自动光圈镜头有二种驱动方式：一类为视频输入型Video driver(with Amp)，它将一个视频信号及电源从监控摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，这种视频输入型镜头内包含有放大器电路，用以将摄像机传来的视频信号转换成对光圈马达的控制，另一类称为DC输入型(DC driverno Amp)，它利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，这种镜头内只包含电流计式光圈马达，摄像机内没有放大器电路。二种驱动方式产品不具可互换性，但现已有通用型自动光圈镜头推出。
　　5)监控摄像机镜头安装有C型和CS型两种，C型安装的镜头在CCD监控摄像机与镜头间多了5mm 调整光圈值的环。C型安装的摄像机可用CS型镜头，但CS安装的监控摄像机不能使用C型镜头。
　　6)变焦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。典型的光学放大规格有诸如6～20倍等不同档次，并以电动缩放镜头(Zoom Lens)应用最普遍。按变焦镜头参数可调整的项目划分有：
　　·三可变镜头——光圈、聚焦、焦距均需人为调节。
　　·二可变镜头——通常是自动光圈镜头，而聚焦和焦距需人为调节。
　　·单可变镜头——一般是自动光圈和自动聚焦的镜头，而焦距需人为调节。
　　7)缩放/变焦镜头(Vari Focal Lens)是变焦镜头配合缩放镜头功能，焦距连续可变，可将远距离物体放大，又可提供一个宽广视景，使监视宽度增加。
　　8)监控摄像机除传统的球面镜头外，新一代的是非球面镜头(Aspherical Lens)，镜片研磨的形状为抛物线、二次曲线、三次曲线或高次曲线，并且在设计时就考虑到了镜头的相差、色差、球差等校正因素，通常一片非球面镜片就能达到多个球面镜片矫正像差的效果，因此可以减少镜片的数量，使得镜头的精度更佳、清晰度更好、色彩还原更为准确、镜头内的光线反射得以降低，镜头体积也相应缩小。非球面镜头具有变倍高、物距短、光圈大的特点。变倍高可以简化镜头的种类，物距短可以应用在近距离监控摄像机的场合，光圈大则可以适应光线较暗的场所，因此应用领域日渐宽广。
摄像机镜头防水防雾解决方案

　　监控摄像机内部应具有自动除霜功能，摄像机在0℃时启动加热装置除霜；在高温天气，恒温装置可以解决高温度对敏感元器件，当温度高于50℃时，会自动启动风扇进行排风降温。外部温度过低，自然会引起镜头出现水雾的情况，那么下面的方法就要灵验了。
　　监控摄像机的构造十分紧密，在北方的监控摄像机很容易出现镜头起雾的现象，特别是内外温差过大，且内部热量无法快速排出时，一旦出现镜头起雾监控的意义也就不复存在。为了解决这样的问题，在监控摄像机外面增加雨刷器或许能够解决问题。
　　摄像机雨刷器的功能和汽车雨刷功能类似，许多监控摄像机都安装了雨刷控制装置。当外部防护罩的视窗玻璃容易出现露水、霜和污垢，造成摄像机视线遮挡，雨刷器能够及时清理，扫清碍"眼"的东西。
　　从产品上来看，大多数支持云台的球型监控摄像机支持雨刷功能，考虑到产品外形构造，枪机安装雨刷十分不方便。也有人说，球形摄像机体积本来就很大，如果额外加上雨刷控制器，对其内部空间负担也不少。
　　如果再将产品细分，红外夜视监控一体机安装雨刷的比例很高，其很重要的一个原因就在于球机双红外光束温度高，散热较差，或许也有“不得以”的原因安装小雨刷。当然除了安装雨刷外，还有一种方式是大多数厂商更为青睐的技术。
　　实际上雾气水汽等问题可以由以下几种途径解决：
　　机器内部出现雾气：雾、霜的形成是由于空气中的饱和水蒸气遇冷凝结而成，因冷环境的强、弱分别凝结成霜和雾。红外摄像机在工作过程中，尤其是在室内的摄像机常常会因场馆内的雾气或者水汽等原因在防护罩视窗玻璃上形成雾或霜，导致摄像机无法看清物体，直接影响监控效果。
　　各家对这一问题的解决方法也是不一样的。增加除霜电路、开通气孔、充氮气、加风扇、放干燥剂等等。方法不一样，做出来的效果当然也不一样，有的可以解决问题，有的还是不能解决问题。不过，从最基础的角度上来讲，严格控制料件的清洗，尽量杜绝挥发物的存在是很有必要的。例如PCB板不能有残留助焊剂，遮光胶套采用优质硅胶材料等。
　　机器外部出现霜、雾：摄像机在湿度大的环境下工作，防护罩的视窗玻璃容易出现污垢，造成摄像机视线遮挡。
　　解决的办法：1、在防护罩上增加雨刷，通过控制雨刷清洁玻璃。2、使用隐形雨刷视窗玻璃。与普通视窗玻璃相比，隐形雨刷视窗玻璃具有排斥水、灰尘等功能。最后，针对高湿度情况下，对于外壳密封的一些要求。
　　如果红外防水摄像机在北方应用的话，机体内外会产生很大的温差，前端的镜片会出现雾化的现象，因此要求机器内必须具有很好的密封性，防护罩也要具备很好的防雨水性能。现阶段，大陆技术在密封性上，存在一定的技术问题，比如外壳的设计，在接头和螺丝接口等地方，多是产生漏水的地方。