CCTV镜头新技术的实际应用 - 安防知识网

在现代社会的各个方面用到镜头的地方何其之多，小到手机、照相机，大到自动生产流水线，空港调度平台，都有镜头的身影。那么目前用于CCTV的镜头与平常的镜头有什么区别之处？它又有什么新的技术？

镜头的一个比较常见但又非常重要的应用，便是与社会安全息息相关的安防监控镜头，即Close Circuit TeleVison Lense简称CCTV镜头。本文将简单介绍CCTV镜头对监控系统的重要性，并浅议CCTV镜头的两个技术方向。

CCTV镜头质量与画面质量的关系
现在，不管哪个产业，画质都受到高度的重视。但是如何获得高品质的画面质量呢？通过平时与一些客户的接触发现，在实际使用中存在一些误区。有一些客户非常重视摄像机的品牌、品质，但是容易忽略或是忽视镜头的选择。

作为一个常识，画质是镜头性能和摄像机性能相乘得出的结果。优质的摄像机如果配上不好的镜头，就不能得到高品质的监控画质。同样，如果仅仅是镜头好，却配上不好的摄像机，也不能得到好的监控画质。另外监视器也是一个制约因素。简而言之，镜头、摄像机、监视器的品质对画面的质量可谓“一个都不能少”。

那么作为监控系统最前端的镜头，就像系统的眼睛一样，一只高品质的镜头可以显著地提升成像质量。例如在使用同一台显示器和同一只摄像机的前提下，假设F1.4是1Lux，那么F1.0的镜头就可以达到0.5Lux，即F1.0的镜头与F1.4的镜头相比通光亮增大1倍。图1与图2就是在同样光线条件下，使用同样的摄像机拍摄的，左边使用的是13VG308AS手动变焦镜头，焦距f=3.0-8mm，F1.0，右边使用的是F1.4镜头。

优质的镜头应该具备的条件
一只优质的镜头应该具备的条件很多，在这里只是简单的列举几点以供参考。
·优良的成像质量：镜头成像画面清晰度高，对比度高，亮度高，色彩还原度高，变形量小；
·优良的光圈性能：光圈范围大，即大光圈很大，小光圈很小，光圈对外界光照条件的适应能力强，而且在各种光圈条件下都能保证良好的画面质量；
·复合型镀膜：高质量的镜片的镀膜并非单纯的蓝膜、红膜等单层镀膜，而是复合型镀膜。因为复合型镀膜可以有效地抑制逆光，杂散光等对画面质量有害的光线。
·非球面技术的应用：非球面镜片技术的应用对镜头的整体质量来说非常重要，使用非球面镜片的镜头在清晰度，对比度，画面亮度方面都会有上佳表现；
·锁定螺丝：聚焦、变焦或者光圈都有可以稳固锁定的螺丝。因为现在镜头被广泛应用于各类场合，稳固有效的锁定螺丝可以避免调节好的图象发生意外变动；
·结构紧凑：镜头体积小巧，安装和拆换方便。

以上所列条件为判断一个镜头是否优良的部分简单标准，因为镜头性能实质上是具有多重含义的。借助这些条件可以帮助用户比较直观的选择和评判一个镜头。

红外对应技术在CCTV镜头的应用
现在的市场对24小时连续监控的需求越来越多，由此相应产生了越来越多的日夜转换功能摄像机的需求。但在实际的工程应用中，经常听到客户提及监控画面在白天非常清楚，到了晚上红外光条件下画面却变得模糊，反之亦然。而且一般情况客户对摄像机非常重视，会在摄像机上选择高端产品，以改善此类情况。殊不知只要将现有的普通镜头更换成具有红外对应功能的镜头（Infrared Lenses，简称“IR镜头”）就可以轻松、便捷而且经济地解决这个难题。

那么为什么会发生上述不能24小时连续清晰成像的现象呢？光是一种电磁波，具有波的特性，也就有波长，肉眼可见的波长范围（可见光）是350nm—700nm，红外光是700nm以上，红外光是肉眼不可见的。[nextpage]

作为一个基本物理现象，不同波长的光线通过作为光学介质的镜片（凸透镜）之后，聚焦位置不同。因此，作为镜头的一个性能要求就是要消除这种聚焦位置的差异，但对于普通镜头而言，这种性能的要求只是限定于可见光波长范围之内，但红外对应镜头的范围却是可见光波和近红外区的波谱范围，因此使用普通镜头时就会发生白天可见光条件下聚焦清晰了，到了晚上使用红外灯后，由于上述的虚焦现象的发生而画面变模糊。反之，晚上红外光条件下聚焦清晰了，白天画面却又模糊。普通镜头不能使可见光和红外光这两种不同波长的光线在同一个焦面上成像，但是红外对应镜头却能够使可见光和红外光在统一的焦面上成像，所以红外对应镜头可以轻松对应可见光与红外光环境的转换，始终保持画面的清晰。

那么IR镜头为什么可以解决上述问题呢？以日本腾龙公司推出的全系列红外对应镜头为例做一个说明。首先由于该IR镜头采用了最新的光学设计方法以及特殊的光学玻璃材料等先进技术，消除了可见光和红外光的焦面偏移。因此从可见光区到红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像，实现锐利的图象。其次，为了增加红外光区的透过率，该IR镜头采用了特殊的多层镀膜技术。另外IR手动变焦镜头也使用了非球面镜片实现全域内的高解像度、高对比度。

红外对应镜头的应用范围非常广泛，既可以做红外对应特殊用途，也可以用作普通镜头。换而言之，依据使用场合不同，红外对应镜头可以与常规的彩色摄像机、黑白摄像机以及日夜转换摄像机灵活地配合使用。黑白摄像机没有红外截止滤光片，但是日光的波谱中也含有红外光，所以即使在日光条件下，黑白摄像机的成像也会受到红外线的干扰。因此配用红外对应镜头可以有效提高成像质量。

目前在安防市场上的红外对应镜头的系列品种有IR手动变焦镜头（手动光圈、自动光圈）和IR定焦镜头（手动光圈、自动光圈），并且还有1/3寸、1/2寸系列。

值得一提的是，现在许多被广泛使用的光源中有的光源自身就含有红外光，而且有些光源所含红外光线比例高达80％以上，比如通常作为路灯使用的卤素灯、钠灯等。因此即使是在这类可见光线下也可能会发生由于红外光线的干扰而无法获得清晰画面的情况。这种情况，也只需要换用一只红外对应镜头就可以轻易的解决问题，非常方便并且节约成本。所以红外对应镜头的应用并非只局限于使用红外灯的场合。

非球面技术在CCTV镜头中的应用
非球面镜片是目前比较热门的话题之一。其实非球面技术早在摄影镜头中就有广泛应用，引入到CCTV镜头中大约是10年前的事情。

那么什么是非球面？在和客户的实际接触中，经常能听到客户询问：非球面镜片就是平面镜片吗？

其实对于非球面镜片，如果用肉眼观察的话，看上去仍旧是一个大致的球面形状，而不是平面。因为非球面镜片的面形就是在球面面形的基础上做细微的调整得出的，从数学的角度来说，球面的面形函数是一个二次函数，但非球面的面形函数则是四次甚至更高次的函数，所以非球面的面形更加复杂。更加形象地说，非球面的面形是以球面面形为基础，在球面的基础上进行人为控制，事先设计好的细微面形起伏，从而使镜片的面形呈现非球面的复杂曲面。

人们一般认为一束光线透过凸透镜后（最常见的球面镜片），可以聚集在一点上。例如很多人都曾在儿时用放大镜聚集阳光烧纸玩的经历。但是从光学角度上来看，球面凸透镜并不能把光线真正聚集到一点上，它所聚成的其实是一个光斑。由于肉眼的视力有限，所以看上去好象是一点。（请参看图6左）这是由于球面镜片有一个先天不足，它有一个称为“球面像差”的缺陷，而且通过单枚球面镜片自身是无法克服这种像差的，正是这种像差的存在，所以带来了光斑现象。这种像差会极大地影响成像质量。但是非球面镜片可以把光线精确地汇聚到一点上，较正球面像差，大幅提高成像质量。

那么非球面镜片使用到镜头中之后，有什么具体优点呢？

（1）非球面镜片的应用可以使镜头光学结构相对简化，从而在光学通路和机械结构上更易获得更大的通光口径，使整个画面更加明亮。例如，腾龙的1/3， f=3.0-8mm F/1.0的系列镜头，之所以可以达到F/1.0，除了精湛的光学设计和制造工艺之外，非球面镜片也是重要的因素。

（2）非球面镜片可以大幅度提高成像质量，令画面更加清晰，特别是边缘图像的清晰度。这一点在实际使用时意义巨大，它使画面中每个细节都能清晰地表现，避免有图像但是由于细节模糊而无法作为证据的无奈情况。

（3） 1枚非球面镜片可以替代一组球面镜片，所以使用非球面镜片可以实现镜头体积的小型化。例如腾龙的1/3， f=5-50mm F/1.4系列镜头，其中使用了两枚非球面镜片，在实现体积小型化的情况下，还保证了成像的质量。

非球面镜片在设计上借助成熟的光学软件并不困难，但是其生产加工却需要极高的技术和工艺。因此在CCTV镜头业界能够自己独立完成全部非球面镜片的开发与生产的厂商屈指可数，而非球面镜片的开发以及生产技术被各个厂商视为机密。