摄像机镜头的选择与计算
摄像机镜头的选择与计算
闭路电视系统中摄像机镜头的选择和计算，在选择和计算镜头时提供了三种方法：公式计算法、查表法和图解法。 摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标。 因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。 b_< _w?_!  
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一、镜头的种类 如何选购摄像机5_K_>*gnG  
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1、按镜头尺寸划分:摄像机镜头与摄像机一样也分为8.5mm(1/3in)、13mm(1/2in)、17mm(2/3in)、19mm(3/4in)、25mm(1in)等多种，在选择摄像机镜头时，一般应与摄像机相对应，即13mm摄像机应选用13mm镜头。 _OA#]^l_c  
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2、按镜头类别划分：摄像机镜头分手动光圈镜头和自动光圈镜头两大类型，手动和自动调整都是为了调节光通量，使传感器感受的光量保持在最佳状态。 ac_5_cNQ2  
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二、手动、自动光圈镜头的应用范围 |"#w',\u7q  
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  手动光圈镜头是最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下 。手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。 -e"dgKT n{  
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1、定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头。短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合。 焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物。 _Ddp{[%_fr  
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2、手动光圈镜头，可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可使用。 b_F_1~$4  
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3、自动光圈镜头（EF镜头）可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。 n:~__ny_:  
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4、电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用。 变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。 7P=/G4.'XT  
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三、镜头的计算 ;5_n^Z <{t  
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1、公式计算法 N$CS__2-YM  
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(1)、视场和焦距的计算 m__\('[|_F  
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  视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦距及所要求改成像大小确定的。镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下： p__>mg_@SD  
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  1—视场计算图 |_]F'59I4Y  
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式中： H=视场（摄取场景）高度（m） ZrP-_}a>>  
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W=视场（摄取场景）宽度（m） <P_7@ HF_  
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由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样， 其比例均为 4∶3，所以 ,%%(+ht>wC  
<r7FYj2tR#  
W= H (m) uasT_ z___  
P^,<Q e3W_  
L — 镜头至被摄取物体的距离(视距)(m) ;n.__<74x  
k_!_h_Lz#
 
f — 焦距(mm) :_B_~_O_s_  
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a — 像场（靶面成像面积）宽度（mm） _D,E>_gkB&  
_PMJ'0__=p  
b — 像场（靶面成像面积）高度（mm） d_qV_wZ_q_  
_1w.0skL p  
因摄像机的摄像管不同，其靶面像场的值也不同，具体数值如下表1 P_i[6_tyX^  
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摄像机靶面成像像场a、b值 -y_U__8Qlx  
dZAk(Y.}
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表 1 C_Q_|_18l3  
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摄像管尺寸 a (mm) ：b (mm) _y=`b m&'  
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25.5mm (1in) 9.5 ：12.7 0Ztt~_ _"m  
^_B.<*1v_  
19.0mm (3/4in) 7.4：9.9 vu__tPd=u  
u)FG9jc'x}  
17mm (2/3in) 6.6 ：8.8 )_OsL_2)__  
,_RObQ':__  
13mm (1/2in) 4.6：6.8 *n|Oo;._^&  
ckY?G6qtPE  
8.5mm (1/3in) 3.6：4.8 ;g__ oC__o  
X|tMZX'EtV  
从式中可以看出，当L不变,H或W增大时,f变小。当H或W不变时,L增大时,f 增大。 _q(~/x_E}B  
_NRl|QtQ  
2、视场角的计算 p_aCJ_T?  
E?_~sw^p_.  
如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出视场宽度和高度。 __8l6x`E D  
[F_j_H c__  
水平视场角β (水平观看的角度） [br_H_l__  
$_V$_oAm?s  
垂直视场角q（垂直观看的角度） zyZr(EG'sn  
f_`TNl_lV&  
式中W、H、f同上 。 __5_>/f({_  
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水平视场角与垂直视场角的关系如下 ： W_>_,0p,kS  
~_#sb_k\|~  
表中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值，如果知道了水平 8>SU_.)#  
_L__EGK1_?  
或垂直视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度W。 B a__(NSL,  
p_z*!hoC8X  
例如：摄像机的摄像管为17mm (2/3in),镜头焦距f为12mm，从表2中查得水平 DUi: jN_  
*$_Dxg_T5
 
视场角为40°而镜头与被摄取物体的距离为2m,试求视场的宽度W。 J___F/m:@}  
U Ghd-H=/  
焦距f越长，视场角越小，监视的目标也就小。 __r_r E7a  
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3、图解法 [<_{.+zz!  
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  如前所示，摄像机镜头的视场由宽（W）、高（H）和与摄像机的距离（L）决定。 一旦决定了摄像机要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定 ： , U2'f___  
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摄像机在不同焦距f时水视场角β表 2 kO{@__}[mj  
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镜头焦距摄像管尺寸： 3dct/v_2(  
[_s6v_ ti  
f 13mm  17mm  25mm  32mm $ oCQ@ _lU  
_/1_aIvE(_
 
(1/2in)  (2/3in)  (1in)  (1 1/4in) @ L_{__/>  
__#_P{)N]n  
(mm) 水 平 视 场 角 r6U}-[sp(_  
8_8 nI3Dj  
＊·欲监视景物的尺寸。 9F^X|_/V^  
)D_R#__3S  
＊·摄像机与景物的距离。 V_}_D%dv_  
8F2h_$ ,  
＊·摄像机成像器的尺寸：1/3"、1/2"、2/3"或1"。 D_J0__=d  
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图解选择镜头步骤 ： X#__e_/dGI  
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  利用这个关系可选择适当的镜头。 i7#eG(N|  
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估计或实测视场的最大宽度； 估计或实测摄像机与被摄景物间的距离；使用1/3"镜头时使用图2, 使用1/2"镜头时使用图3, 使用2/3"镜头时使用图4,使用1"镜头时使用图5。具体方法： 在以W和L为座标轴的图 2～5中, 查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中，应选用座标交点上 面那条线指示的数值。 例如 ： q> -8__:)*  
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视场宽50m, 距离40m, 使用1/3"格式的镜头，在座标图中的交点比代 表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。 而用2.8mm的镜头则可以完全覆盖视场。
镜头的调节主要是指焦距和光圈的调节。大多数镜头都标有距离指示，告诉你镜头调焦的远近、景深范围的大小，以及清晰聚焦区域的宽窄。影响景深的三个因素是光圈，被摄体到照相机的距离，以及镜头的焦距。焦距最短的镜头对准无限远聚焦时，其最小的有效光圈能产生最大景深。也就是说光圈越大，焦距越长，被摄体距离越近，景深就越小。 Zs;X
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镜头的选择 =k % T l@_  
选择快镜，也就是选择最大孔径的镜头，在低照度时，镜头的速度影响曝光。 %_;__Zm_
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聚焦和光圈 _Cn m#* H  
景深:被摄体周围适度清晰聚焦的范围对最终影象的出现起着至关重要的作用。为了充分利用镜头上提供的所有光圈，可把照相机固定在三脚架上，以防照相机抖动。 =__T[W_9tn  
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f/光圈数和光圈大小 x_@{SU_m~:  
调定在某一f/光圈数时的任何种类的镜头能够透射过几乎相同 光量的影象，因为光阑直径直接与焦距相关，例如，一只80毫米的镜头在使用5毫米的光阑直径时，光圈必定调节在f/16上。因此镜头的焦距在除以光阑直径后，就得到相应的f/光圈数。 H1C)e_&_o_  
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焦距标记 r8^__;UE_E  
调节调焦环螺纹，镜头从照相机处伸出，随着调焦环的转动，通过放认对准固定参看符号的标记，你就可以发现正在调节的焦距。 _9Ek{@e}9  
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光圈调节 b<_4_,4TW_  
向上转动光圈环至下一个f/光圈数（例如从f/4到f/5.6）,光圈大小减半（即达到胶片的光量减半）；向下转动光圈环至下一个f/光圈数（例如从f/4到f/2.8）。光圈大小增加一倍。 _7#B=,d_EI  
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景深范围 -___RX>__  
随着镜头对被摄体聚焦，可在固定参看符号两边寻对应于（或接近）己调定的光圈f/数，辨认焦距标记下相对的数值，便可决定有效景深。 =u Q^Q?>bc  
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景深的作用 光圈大小的改变：通过相同焦距的镜头对相同距离的被摄体聚焦，该示说明光圈大小的调整是如何改变景深的。一般来说，被摄体的前景深扩大1/3，后景深则扩大2/3，光圈越小，景深越大。F/2光圈的景深远远小于f/16光圈的景深。 (L J_S7mL  
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被摄体至照相机的距离：即使采用同样的焦距和光圈，景深在一定程度上如何受制于被摄体至照相机的距离。被摄体距照相机越近，景深就越小。镜头对15英尺（4.5米）处聚焦所产生的景深比镜头对5英尺（1.5米）处聚焦所产生的景深要大得多。 w G
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镜头的改变：在相同物距 和光圈的情况下，使用不同焦距的镜头可改变景深，镜头焦距越短，最深越大，对于超广角镜（8---15毫米），景深非常大，以致无需调焦，因为每一级光圈的景深都是清晰的。

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