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如何理清百万高清摄像机与镜头之间的关系?


如何理清百万高清摄像机与镜头之间的关系? 随着高清概念发展的日趋明显,安防行业技术慢慢走向成熟。对监控领域而言,百万高清发展更是如火如荼。而监控成像与数码拍照成像原理大致类似,不同的是监控图像是通过视频信号输出的,此过程中必然会存在信号衰减。因此,监控行业的画面清晰度“看起来”就会比数码照片低很多,而要提高监控画面的像素水平相对而言也会难很多。镜头是摄像机一双必不可少的“眼睛”。
  
  高清摄像机与镜头之间的应用关系
  
  高清摄像机的出现给安防系统的图像质量带来了大幅度的提升。如720p、1080p的IP高清摄像机,3M、5M分辨率的工业高清摄像机等。与之配套的高清镜头在市场上也如雨后春笋般大量出现。但实际使用之后发现问题不少,鱼龙混杂。有以普通分辨率充高分辨率的,有清晰度不均匀的,有镜头中心部分的分辨率达到要求,边缘分辨率很差的等等,实际应用情况并不乐观。
  
  针对安防系统,特别是道路监控应用领域,要求镜头能够在全视角范围内都具有高分辨率(如与1080p高清摄像机配合,镜头的分辨率要求在2M以上),简单而言,就是对镜头的MTF曲线图有较高要求。同时,为了能充分体现摄像机的低照度特性,镜头应具备大通光量(F值要小)。
  
  ●镜头的MTF值
  
  镜头的MTF值可用来分析判断一个镜头的成像质量。MTF值(模量传递函数)是对镜头的锐度,反差和分辨率进行综合评价的数值。当然镜头的MTF值并非万能,它没有表现镜头的色差,色散,像场弯曲等,因此不能说明镜头的一切,但它确实是现阶段表现镜头光学能力最科学,最全面的指标。
  
  ●镜头的光圈值
  
  光圈系数F值是相对孔径的倒数,相对孔径是镜头通光直径除以镜头的焦距得出的相对值。F值是衡量镜头通光量的一个重要参考指标,光圈系数F值愈小,在同一单位时间内的进光量便愈多。
  
  一般监控系统中,特别是道路监控系统中,全天的光照变化很大,在首先保证镜头F8光圈内有较好的成像质量之外,用于夜间远距离监控的镜头,其F值要求足够小,以保证在较大相对口径状态下有良好成像质量。当然F值越小,镜头的价格越贵,如是大倍数的变焦镜头,其镜头价格要远高于摄像机其他部分的价格。而在道路监控系统,特别是城市道路监控中选用的日夜兼用型镜头,除了镜头的光圈值之外,还要综合考虑到灯光照明条件下的红外光修正,以确保成像的清晰。
  
  室外的监控系统由于光照变化大,一般要求使用自动光圈镜头。当然镜头的实际通光量,除了F值之外还与其他因素有关,如镀膜、镜头的材质和镜头本身的尺寸有关。我们在测试中曾经发现同样的F值,实际的通光量会相差20%。
  
  综合以上镜头的光学性能,以及监控系统的特殊要求,即要求在相对大的光圈下,镜头的MTF要高质量,能够如实体现高清摄像机性能的高清镜头对选材、制造工艺等都有非常高的要求。
  
  根据市场上镜头的综合性价比,我们建议手动变焦镜头的F值在1.2~1.4,电动变焦镜头的F值在1.6~1.8。这样才能最大限度体现出摄像机的低照度性能。
  
  IP概念深入,如何更好的选择网络摄像机镜头?
  
  网络摄像机通常分为两种:一种是前段基于模拟摄像机置入视频与网络处理模块,因此与模拟摄像机有相同的弊端:图像解析度不高,最高画质不超过D1,另一种为数字高清网络摄像机,它的特点是直接将数字视频处理并经网络传输,避免了普通模拟摄像机易受干扰的问题,可以做到画面干净,画质清晰细腻,信噪比高。
  
  为了使百万像素摄像机能够得到最好的表现,使用高品质的百万像素的镜头将显得非常重要。光学图像的质量是整体图像质量的一个关键因素,作为百万像素网络摄像机的“眼球”,百万像素镜头可以为整个图像提供高对比度,锐度和明锐度,而非百万像素镜头就无法完全展现百万像素传感器的高分辨率,特别是在图片的边缘。
  
  CCD和CMOSSENSOR利用的是按二维网格排列的像素。这些像素把光学图像转换成电子信号。一个图像上像素的多少通常决定了图像的分辨率,更多的像素意味着更高的分辨率。相对于普通镜头,百万像素镜头对监视图像的画面显示更加细腻,细节部分展现良好,不会出现图像模糊现象。
  
  在选择百万像素镜头时要注意镜头像面尺寸与SENSOR相面尺寸的匹配性,闭路监控摄像机有多种不同尺寸规格的传感器,屏幕高宽比通常是4:3(水平宽度:垂直高度)或16:9。传感器的尺寸规格对视场角有影响,使用相同的镜头在较小的传感器上的视场角更窄,并且根据实际应用选择不同功能的百万像素镜头,如低照度大同光镜头、超广角镜头、非IR镜头、
  
  IR镜头、透雾镜头、自聚焦镜头、FA镜头以及鱼眼镜头等。
  
  例如,日夜两用摄像机一般用在夜间近红外或者红外环境。如果用不带IR矫正功能的镜头匹配日夜两用摄像机,摄像机在夜间使用时将无法清晰聚焦。而百万像素IR镜头采用玻璃镜片辅以特殊的光学设计以及多层镀膜来减少光的折射以达到日夜共焦。这样摄像机在夜间使用的时候就不需要再重新聚焦。
  
  百万像素镜头广泛应用于高清摄像机,如百万像素日夜两用摄像机、网络摄像机、全景监控摄像机、以及视讯会议、动作捕捉、文件辨识、机器视觉、医疗设备及汽车电子等。
  
  百万像素镜头相对于普通镜头,无论是光学设计,还是镜片材料、加工工艺、装配工艺、检测手段等要求更高。
  
  不同领域应用对百万像素镜头有不同的要求,如智能交通系统,要求匹配大相面尺寸、高解析度、高对比度、低畸变率镜头、聚焦和光圈调节锁定螺丝,紧凑型结构设计。
  
  如何理清摄像机百万像素概念?
  
  我们经常会听到一些安防产品在做宣传的时候会说产品达到了500万、800万甚至1000万像素,与监控行业常见的高清200万、300万有着极大的差距。且不管这些像素是真是做到的还是通过插值得来的,我们可以先看看产品效果到底有没有那么明显。
  
  其实,在看像素多少时我们还应看一个要素—传感器的尺寸(或者说是像素大小)。对于同样像素的传感器,传感器的大小决定了其单个像素的大小,也就决定的成像的清晰程度。
  
  举例来说,市面上常见的500万摄像机产品大多对应2/3”(1”)传感器,2/3”传感器对应成像规格为8.8mm×6.6mm,粗略估计单个像素点的大小大概为3.4um×3.4um;而常见300万像素产品大多只有1/3”(1/2”)大小,1/3”传感器对应成像规格为4.8mm×3.6mm,同样可算得单个像素点的大小大概是2.4um×2.4um。由此,300万像素传感器与500万像素传感器相比,总像素虽然相差了近一倍,但是由于传感器面积小了一倍,单个像素小了1um,而这正是影响整个画面清晰度的重要因素。
  
  由此,监控图像是否清晰不只是看总像素,也不是但单看摄像机或者传感器,而是要结合传感器尺寸看单个像素的大小,再选择匹配的镜头。用户在选配设备的时候既要理性看待“超高像素”之说,同时摄像机与镜头也应该在保证质量的前提下保持分辨率一致。

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