焦距与视场角复习课程.docx
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焦距与视场角复习课程
焦距与视场角
监控摄像机参数简介
2007-06-02安防监控之摄像机
焦距与视场角、景深、反差、变形有什么关系？
焦距与视场角：
焦距愈长、视场角愈小，拍摄的范围愈小。
反之，焦距愈短，视场角愈大，拍摄范围愈大。
焦距与景深：
焦距越长，景深越短，焦距越短，景深越长。
焦距与反差：
焦距短反差大，焦距长反差小。
焦距与变形：
焦距愈短变形愈大，焦距愈长变形愈小。
对于我们的摄影爱好者来说，应该了解掌握你的镜头的性能特点，熟练应用于摄影实践，这样才会创作出高质量的摄影作品。
（由贺春桥 转摘自网络）
摄像机的视场、视场角是什么意思
视场：
镜头在底片上成像清晰的范围。
视场角：
视场边缘与镜头后节点所形成的夹角。
视角的大小受画幅尺寸的制约。
焦距相等的镜头用于不同画幅的照相机上，视角视不一样的。
长焦距镜头视场角窄于40°，
例如：
镜头焦距25mm，视场角为45°左右。
镜头焦距50mm，视场角为23°左右。
镜头焦距75mm，视场角为14°左右。
镜头焦距100mm，视场角为12°左右。
镜头焦距150mm，视场角为8°左右。
照度的直观概念
光照度可用照度计直接测量。
光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。
被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。
有时为了充分利用光源，常在光源上附加一个反射装置，使得某些方向能够得到比较多的光通量，以增加这一被照面上的照度。
例如汽车前灯、手电筒、摄影灯等。
以下是各种环境照度值：
单位lux
黑夜：
0.001—0.02；月夜：
0.02—0.3；阴天室内：
5—50；阴天室外：
50—500；晴天室内：
100—1000；夏季中午太阳光下的照度：
约为10*9次方；阅读书刊时所需的照度：
50—60；家用摄像机标准照度：
1400。
镜头的专业术语（中文、英文对照）
1、aberration像差：
光学系统中对成像造成不良影响的因素。
任何光学系统的设计都致力于用不同的方法纠正各种像差，如：
球差与色差，渐晕，慧差和畸变。
2、agc自动增益控制：
这是一种内置的功能，用来自动调节增益水平。
3、alccontrol自动光线补偿：
一种自动光圈设定，使明亮的主体不至于影响整体的曝光。
向peak（弱化）方向调节，会使感光度提高；设定成averade（平均）时感光度降低。
average为一般的出厂设定。
4、angleofview视角：
摄影镜头拍摄的视场对角线角度称为视角。
通常广角镜头具有较大的视角；而长焦镜头的视角则较窄。
5、aperture光圈：
原意指镜头的开度。
一般指控制镜头开度的装置，以控制通过镜头的通光量。
光圈的大小可以是固定的或可变的。
光圈的大小也决定着景深，使用较小的光圈（如：
f/11f/16）往往具有较大的景深。
6、aspectratio画幅比：
指拍摄画面的纵横比，一般的135相机拍摄的画面是24x36mm，其画幅比为2：
3。
7、aspherical非球面镜片：
一种含有非球面表面的光学元件。
目前有多种制造非球面镜片的方法，如：
压铸成型，喷射铸造，复合成型等。
这些工艺都依赖于高精度的制造技术。
腾龙公司已成功地开发了复合型非球面镜片---一种高精度的模具制造与镜头镀膜技术。
8、backfocus（backfocaldistant）后焦距:
从光学元件第2主点至焦平面的距离。
9、barrel镜筒：
安装镜片及其他部件的桶型结构。
10、bbarmulti-coating：
腾龙特有的bbar多层镀膜。
bbar即broad-bandanti-reflective，意为宽频率抗反射。
腾龙拥有在镜头表面镀上多层极薄的抗反射层的技术，这种技术能大大提高镜头的清晰度与色彩还原能力。
11、depthoffield景深：
对焦主体前后的那段清晰区域。
12、fieldofview视野：
通过镜头拍摄到的最大区域。
13、finder取景器：
相机上的取景装置。
通过它，拍摄者可轻易地构图。
14、fixedfocal定焦：
该镜头只具有单一的焦距。
15、fixedfocus（panfocus）固定物距：
该镜头的拍摄物距是固定的，不提供调焦能力。
16、flankback（flangebackfocaldistance）定位截距：
镜头安装平面至焦平面的距离。
17、f-number（f/#）:
f值，表示光圈大小。
18、focallength：
镜头焦距
19、lensshade：
镜头遮光罩
20、lowdispersion（ld）hybridasphericelement:
低色散镜片，这是一种特殊的光学材料，简称：
ld。
ld镜片的作用是克服镜头固有的色散现象。
21、minimunobjectdistance：
最近对焦距离，简称：
mod
22、off-the-film-metering焦平面测光：
这是相机上的一种先进的测光方式，测光元件从焦平面直接读取光线数据。
23、quadcamzoom:
4凸轮变焦机构。
这是腾龙在其af28-300镜头上率先采用的变焦机械装置。
24、vignetting渐晕：
画面4角的黑角现象。
25、wideanglelens：
广角镜头。
26、zoomlens:
变焦镜头
27、zoomratio:
变焦倍率。
安防监控中镜头的选择
当您挑选好网络摄像机后，下一步就需要挑选合适的镜头以及系统中需要使用的其他相关部件。
有两种主要的镜头安装标准，分别是C-mount和CS-mount。
他们都有一个1英寸长的螺纹并且看起来很相似。
他们的不同在于镜头安装到摄像机后，镜头到传感器之间的距离：
CS-mount：
图像传感器到镜头之间的距离应为12.5mm
C-mount：
图像传感器到镜头之间的距离应为17.5mm。
一个5mm的垫圈（C/CS连接环）可用于将C-mount镜头转换为CS-mount镜头
C-mount是最初的标准，而CS-mount是对其的升级，该升级可降低制造成本并减小传感器尺寸。
现在市场上销售的绝大多数摄像机和镜头都使用CS-mount标准。
可以通过使用C/CS连接环将一个老的C-mount镜头安装到带有CS-mount接口的摄像机上。
如果摄像机无法聚焦，则可能是因为使用了错误的镜头类型。
传感器尺寸
图像传感器有许多不同的尺寸，例如2/3",1/2",1/3"和1/4"，镜头则是按照这些尺寸来制造的。
选择一个合适的镜头对于摄像机来说是十分关键的。
一个适用于1/2"传感器的镜头捎糜?
/2"、1/3"和1/4"传感器，但不适用于2/3"传感器。
如果一个适用于较小传感器的的镜头使用在一个较大传感器的摄像机上，图像的角落处会呈现黑色。
如果一个适用于较大传感器的镜头使用在一个较小传感器的摄像机上，摄像机所能获得的视角将会比镜头默认的视角要小–因为一部分信息由于在芯片外得不到处理而丢失（参看下图）。
焦距
焦距决定了特定距离所能看到的水平区域大小–焦距越长，所能看到的区域越狭窄。
焦距需求示例中需要实现大约30°的水平视角区域。
镜头和传感器尺寸1/2"1/3"1/4"
焦距12mm8mm6mm
大多数厂商都提供了简易的计算工具，用于计算各场景环境应该使用的镜头焦距大小。
要发现出现在画面中的人物，则人的高度至少要占画面高度的10%。
如要对人进行精确识别的话，则人的高度必须占到画面高度的30%及以上。
因此，在设备实际投入使用前，检查所使用摄像机的性能、在屏幕上实际查看显示效果都非常重要。
计算-英尺
当使用1/4"CCD传感器和一个4mm镜头时，所能看到的一个10英尺处的物体的宽度。
H=Dxh/f=10x3.6/4=9英尺
计算-米
当使用1/4"CCD传感器和一个4mm镜头时，所能看到的一个3米处物体的宽度。
H=Dxh/f=3x3.6/4=2.7米
镜头类型
定焦镜头:
焦距是固定的，例如4mm
手动变焦镜头:
此类镜头可手动调节镜头焦距。
当焦距改变以后，需要对镜头进行重新对焦。
最常用的类型是3.5-8mm
自动变焦镜头：
焦距可以在一个范围内（例如6到48mm）内进行调节，并且无需重新对焦，此类镜头可以是手动的或电动的（可通过远程进行控制）。
手动变焦镜头
定焦镜头
光圈
通常网络摄像机通过光圈或曝光时间来控制光通量。
在传统摄像机中，曝光时间是固定的。
光圈的的作用是用来调节和控制通过镜头的光的总量。
有以下几种不同的镜头光圈类型：
手动光圈
手动光圈镜头上的光圈通常在摄像机安装时进行设置，以适应当前环境中主要的光线条件。
此类镜头的光圈无法根据现场环境照度的变化而随之变化，因此光圈通常被设置为“平均”值。
自动光圈
对于室外或照度会经常改变的场景来说，非常适合使用带有自动光圈调节功能的镜头。
光圈孔径通过摄像机来进行控制，它会被经常改变以保证图像传感器始终能接收到最佳级别的光线。
电动控制光圈:
连接到摄像机的输出，通过摄像机的处理器控制光圈。
视频控制光圈:
通过视频信号控制光圈。
自动光圈镜头适合于室外应用。
光圈自动调节到达摄像机光通量使图像达到最佳的效果，并较好的保护图像传感器。
小光圈减少光通量，可获得更好的景深（聚焦到极远的距离）。
大光圈可在低照度环境下获得较好的图像质量。
光圈通过F值来定义。
F值=焦距/光圈直径
镜头的F值取决于焦距与光圈直径的比。
直接影响传感器实际接收到的光的总量，并对最终的图像效果有着重要的影响。
F值越大，到达传感器的光就越少。
F值越小，到达传感器的光就越多，而在低照度环境下可获得较好的图像质量。
下表显示了在各不同F值情况下到达图像传感器的光通量。
F值－－－－－－f1.0－－f1.2－－－f1.4－－－f1.7－－－f2.8－－－f4.0－－－f5.6
光通亮百分比－20－－－14.14－－10－－－7.07－－－2.5－－－1.25－－－0.625
在照度有限的场景中，可在镜头前加装中灰密度滤光镜（neutraldensityfilter），降低镜头的光通量，使所有可见光均匀的进入镜头，迫使光圈充分打开以获得更好的图像质量。
现在许多网络摄像机提供了自动光圈控制，以确保不同时间段内不停变化光线下获取的图像始终能保持清晰。
一体化摄像机技术指标介绍
一体化摄像机指摄像机和镜头整合为一个机体，可以方便地对镜头（倍数，聚焦，光圈）进行控制。
一体化摄像机的主要指标如下：
1.分辨率
摄像机的分辨率由CCD的象素数量决定，目前彩色一体化摄像机分为高线（480电视线）和低线（420电视线）两种，因为镜头口径的配合，都使用1/4″CCD，高线通常使用SONY公司的ICX229AK，低线通常使用SONY公司的ICX227AK，高线低照度通常使用SONY公司的EXVIEWCCDICX279AK。
2. 光学变倍
光学变倍倍数是衡量一体化摄像机空间成像范围的重要指标，目前一般有16倍、22倍、27倍等，加上电子放大，可对300米的目标清楚监控。
3. 最低照度
通常，彩色CCD一体化摄像机最低照度由CCD的灵敏度决定，目前，1/4″彩色CCD采用SONY公司的ICX279AKEXVIEWCCD，才有很低的照度。
采用帧累积技术，会有更低的照度，但应用此技术后帧率太慢，达到1帧/秒左右，图像跳跃且移动的目标会严重拖尾。
4. 其它共有性能
1）电子放大：
一般为10倍。
2）通讯端口：
RS232C/RS422
3）自动聚焦：
可与手动聚焦转换
4）白平衡：
常有自动白平衡，手动白平衡及工厂设定的多个特定色温（从2900K到9600K）模式。
5）S端子输出
6）自动光圈
闭路监控摄像机参数详解
摄像机参数详解
在闭路监控系统中,摄像机又称摄像头,严格的来说,摄像机是摄像头和镜头的总称.
摄像机的核心是CCD,目前国内没有CCD和生产能力,主要集中在日本和韩国.由于CCD在生产过程中分不同等级和和生产商获得的途径不同,造成CCD的采集效果也不同.一个简单的检测方法,就是将摄像机通电,不接镜头,用手遮住镜头接口,看图像有没有亮点,雪花大不大,然后接上镜头,将摄像机对准一个色彩鲜明的物体,查看监视器的颜色是否有偏色,图像有无扭曲现象,色彩和灰度是否平滑.
由于摄像机的核心部件是CCD,所以其主要参数大多与CCD有关,下面就列出摄像机的主要参数:
（１）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。
原多为1/2英寸，现在1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
（２）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
（３）水平分辨率。
彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。
分辨率是用电视线（简称线TVLINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在33到500线之间。
分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰任?
0线。
频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。
（４）最小照度，也称为灵敏度。
是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。
照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。
月光级和星光级等高增感度摄像机可工作在很暗条件，2~3lux属一般照度.
（５）扫描制式。
有PAL制和NTSC制之分。
（６）摄像机电源。
交流有220V、110V、24V，直流为12V或9V。
（７）信噪比。
典型值为46db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。
（８）视频输出。
多为1Vp-p、75Ω，均采用BNC接头。
（９）镜头安装方式。
有C和CS方式，二者间不同之处在于感光距离不同。
1.问：
什么是最低照度？
什么是感光度？
0.0001Lux代表什么？
答：
最低照度是测量摄像机感光度的一种方法，换句话说，摄像机能在多黑的条件下看到可用的影像。
但是因为没有管理的国际标准，因此每个大型CCD制造商都有自己测量CCD感光度的方法。
然而一个标注为（1Lux，F10）的摄像机能和标注为（0.01Lux，F10）的摄像机完全一样！
！
！
奇怪吗？
为什么呢？
2.问：
F2.0、f3.4毫米代表什么意思？
我如何通过这些数字来选择镜头？
答：
F表示镜头的孔径，F停止2:
1和f3.4毫米表示镜头的焦距是3.4毫米。
镜头F2.0和f3.4~4采用非常经济的形式，应此价格较低，广泛应用于单板摄像机，F2.0的镜头的孔 径能收集人眼一半的光线，f3.4毫米的镜头在1/4英寸CCD上有60度的视角，在1/3英寸CCD上有90度视角，非常接近于人眼的视角。
人眼的两只眼睛能包含更大的视角，就像是上帝巧妙的设计，从人到人一般有150到180的角度，但是请记住，F停止和f焦距只是一个镜头的基本参数，并不代表质量。
一个具有同样F停止和焦距的优质镜头能比具有同样参数的劣质镜头贵100倍，请参阅下一个问答详细了解。
3.问：
漏光排斥比的物理含义是什么？
答：
漏光是由CCD传感器设计的缺陷造成的，每个摄像机有一个CCD传感器，由于CCD传感器的缺陷，进入CCD传感器的强光将会穿透抵抗层产生过度的影像，这些不需要的影像称做拖光，CCD摄像机抵抗强光的能力称为漏光排斥比。
4.问：
什么事CMOS摄像机？
和CCD摄像机有何不同？
答：
CMOS传感器是一种通常比CCD传感器低10倍感光度的传感器。
因为人眼能看到1Lux照度（满月的夜晚）以下的目标，CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux，是CMOS传感器感光度的3到10倍。
5.什么是峰值感应模式？
答：
峰值感应模式是用通过影像亮点代替整个影像的平均值来决定曝光指数，使用规则系统的用户能应对最苛刻的要求，如在黑夜抓取一个白点的影像，而且还要看到这个小亮白点的细节和色彩。
这对于在夜晚使用摄像机抓取车牌号码同时还要看到交通灯的颜色非常有用。
6.什么是星光摄像机？
星光CCD摄影机，光子在CCD传感器上比普通CCD摄像机最大曝光时间（1/60或1/50秒）长2到128倍（1~2秒）的聚集。
因此，摄像机产生可用影像的最低照度就降低了2到128倍。
使用带有帧累积技术的星光摄像机，用户可以在星光照度情况（0.0035Lux）下看到彩色影像，而在多云的星光照度情况（0.0002Lux）下看到黑白影像，城市中散布的背景光（比如光污染）足够产生良好的彩色曝光。
7.问：
什么是超高感度摄像机？
它的优点和缺陷在哪里？
答：
"EX-View"是索尼公司研发用来提高其CCD感光度的一个感光度提高技术，一是两个可见光的因素，二是四倍近红外波的波长。
EX-View是索尼专有技术，每个CCD基础光电二极管的P/N接口特殊组装来获得更好的光子到电子的转换效率。
另外，每个光电二极管（描绘影像上的一个像素）有一个覆盖在上面的微型镜头能够较好的记录和聚焦光线到有效的半导体接口。
它的结果对比于索尼提供的CCD可视范围提高了可见光的2倍和近红外光（800~900纳米）的4倍感光度。
EX-View的Lux效率比优质的"SuperHAD"可见光和近红外光波场高出了2倍。
EX-View技术的缺陷在于，因为CCD芯片制造过程的难度本质和芯片灵敏的本质，索尼公司只有有限的传感器部分供货。
按照索尼的讲法，相比于SuperHAD传感器，EX-View芯片的光电二极管还有一些潜在的不完美的地方。
这些很少的有缺陷的CCD元素可能会有故障，因此会导致"死亡像素"，会在影像留下一些无法去除的得白点或黑点。
CCD芯片已知不管是在储存或使用中死点都会不断增长。
举个例子，一个从索尼工厂出来的EX-ViewCCD只有3个死点，但是在运输的过程中可能增加到5个，到了摄像机厂商的仓库时可能增长到7个并会继续增长，比如，当安装在CCD摄像机上时增长到12个。
到摄像机到达用户时数量可能增长到15到30个。
这个过程会一直持续到有缺陷的光电二极管都稳定下来。
索尼认为死点数量增长的原因是由于宇宙射线破坏了一些CCD矩阵的缺陷接口。
由于制造过程的感光本质，EX-ViewCCD芯片的产量是比较低的，可以使用的单位也是有限的产量。
制造过程的高成本组合使得EX-ViewCCD芯片更适合应用于特殊领域（如科研、工业），这里使用高亮感光度的芯片是非常重要的，但是在普通的监控摄像机应用上使用却是不划算的。
8.问：
什么是超高解析CCD摄像机？
答：
目前市场上的索尼CCD摄像机几乎都使用了超高解析技术。
超高解析能比传统旧型号的CCD提高2倍的感光度和6dB的漏光排斥比。
松下认为他们的最新37个系列和索尼超高解析一样的好，而39个系列和索尼EX-View在可见光范围有同样的效果。
索尼Ex-viewCCD相比于超高解析在近红外光区域（800~900纳米）有4倍的感光度，然而这个优点只有需要在夜视时能取得很好的效果。
如果不能正确地使用，这个优点几乎没有用处，因为红外线会导致色彩失真，由于红外线聚焦较深的物理特性导致影像模糊，特别在使用某些镜头的时候会导致全息影像。
......................................................................................................................................................................................................
9.问：
什么是超宽动态？
超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。
宽动态摄像机比传统只具有3:
1动态范围的摄像机超出了几十倍。
自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。
当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux，对比就是10,000/100=100:
1。
这个对比人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:
1的对比度，然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:
1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。
这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。
10.问：
什么是星光模式？
星光模式能让CCD摄像机在非常弱的光线情况下，比如0.0002Lux照度等级，看到清晰的彩色影像。
所有的CCD摄像机都是设计工作在1/50,1/60~1/2000秒的快门速度，因此最低照度等级或者称为感光度在使用F1.2和5600k条件下限制在3到6Lux。
星光模式CCD摄像机专有数字讯号处理器能使得CCD的快门速度低到1~10秒，因为长时间快门打开的物理原理，CCD可以收集到更多的光子，因此比传统摄像机提高100到600倍的感光度。
11.问：
什么是背光补偿？
背光补偿能提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光，无论主要的目标移到中间、上下左右或者荧幕的任一位置。
一个不具有超强动态特色的普通摄像机只有如1/60秒的快门速度和F2.0的光圈的选择，然而一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的，摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级，这并不是一个好的方法，因为当快门速度增加的时候，光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。
为了克服这个问题，一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。
影像首先被分割成7块或6个区域（两个区域是重复的），每个区域都可以独立加权计算曝光等级，例如中间部分就可以加到其余区块的9倍，因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰，因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。
然而有一个非常大的缺陷，如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置，目标会变得非常黑，因为现在它不被区别开来已经不被加权。
12.问：
什么是无色滚动？
答：
数字讯号处理器视频摄像机使用在荧光灯下时，只能产生严重色滚动的影像。
影像会从白色转变成蓝色、粉红色再回到白色，如此循环。
这是因为交流电源运行在50/60赫兹所引起的问题。
白热灯泡能提供稳定的光线，而日光灯的光线由于交流电的强度和色彩以8.3ms的速度在变换而波动。
传统摄像机计算出白平衡需要100~150ms（0.1~0.15），比交流电慢了8.5ms，因此永远不能赶上。
对当前影像通过8次循环周期才能清楚地产生色滚动。
13.问：
什么是垂直同步、彩色视频复合信号同步、外同步、直流线锁定和完全同步？
答：
这是摄像机之间不同的同步方法。
全体锁定是两部用于精密的应用如广播摄影棚摄像机之间完全同步最好的方法。
它将同步：
水平，垂直，偶数/奇数区域，色彩触发频率和阶段。
垂直同步是最简单的方法来同步两部摄像机，通过垂直驱动频率来保证视频能够采用老式的切换期或者四分割机器，在同一个监视器上显示几个影像源。
垂直驱动信号通常由重复频率2
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