高清长焦透雾镜头技术原理解析和应用展望

2015-02-06 20:16:15

目前,在监控市场应用量最大的200-1500mm焦距段,高清监控产品已经完全覆盖,部分镜头厂商的10-350mm、12.5-775mm等高达200万像素的中长焦高清镜头也相继面世,长焦距的775mm和1550mm的产品也已经被熟悉和广泛应用。不过由于具备中长焦高清镜头制造实力的镜头厂商相对较少,所以此类的价格相对较高。

再者,城市道路监控、城市高空瞭望、高速公路等远距离监控点的增多对中长焦高清镜头的市场发展也具备一定刺激意义。在此类远距离监控场所中,镜头焦距的选择需要配合实际的应用情况,这样才能达到理想的监控效果,再配合非可见光的照明系统,同步变焦、自动聚焦等先进技术,可实现全天候高清视频监控。

24小时的全天候监控中,经常会发生白天画面清晰,夜晚画面模糊的现象,即便是高清监控系统也会出现此类问题。原因在于,由于光的波长不一样,显而易见,通过镜头后的折射也不一样,这就产生了色差。色差使得镜头的清晰度下降,聚焦不实的重要因素,普通的CCTV镜头在光学设计的时候只针对350-700nm的波段光进行色差修正,高于700nm的红外光则不在考虑之内。这就造成了可见光与近红外光(700nm-1000nm)的聚焦面是分离的。根据此问题 ,通过特殊的镀膜设计,特殊光学材质的运用使得350-1000nm波段范围内的光都能很好的纠正色差,IR红外对应镜头也就应运而生。目前,大多高清监控镜头均采用此类技术,且该技术也表现的越来越成熟,使得镜头的红外效果能对摄像机的夜视监控提供强力支持。

非球面镜片使光线经过高次曲面的折射,就可以把光线精确地聚焦于一点。而非球面镜头也可以简化镜头的光学结构,从而使得镜头能获得较大的口径,摄光量也会大幅增加。再者,非球面技术可以改善镜片边缘部分对光的折射率,使镜头的边缘成像变好。由于非球面镜头将边缘入射的光线按球面镜头失真的反方向进行了修正,从而有效地消除了桶形失真。多层镀膜技术作用在于消除鬼影、眩光及抵抗折反射所产生的光斑,同时可以让镜头反射率降低,增加镜片上的进光量。如今,非球面技术已经发展到复合非球面技术层面,这是镜头为达到小型化和最佳成像品质的技术研发结果。有些镜头厂商会使用34片复合非球面镜片。该镜片起到了矫正球面像差、畸变等各种像差的效果,大幅提升了成像质量。由于1片非球面镜片相当于多片普通镜片,使用少量镜片制造高倍率变焦、高画质及轻量化的镜头便成为可能。

随着高清监控镜头的发展,人们已不能满足于基础的镜头技术,而是在追求更高一层的特殊应用,透雾镜头就是其中之一。透雾镜头是指在红外光领域的长波长光线(700nm-950nm)的透过率非常高,且同时具备能控制这种高波长光线在摄像机传感器内成像面功能的镜头。通过将这种镜头与高清摄像机配套使用,即使在雾气、灰尘、烟雾、小雨等恶劣环境中,也可拍摄到非常清晰、高对比度的黑白影像。具体表现为利用近红外光线可绕射微小颗粒原理,在薄雾天气采用近红外滤色片、镀膜技术及电子图像增强技术,能穿透薄雾,监控距离达到能见度的1.5倍以上,使得远距离全天候安全监控不再有盲点。

另外,类似在数码相机应用的多焦点成像技术也逐渐移植到安防高清监控镜头中。该技术的原理就是让镜片在成像点上可以有多点成像,这像的影像实时在抓拍时没有清晰的录下或抓下图像,也可以在事后的影像回放上或抓拍照片上再还原应有的清晰焦距点,这对监控系统事后的事件举证有了历史性突破的意义。随着安防镜头技术的发展,如今成熟的相机镜头技术也会逐渐的应用到安防高清监控镜头中,如防抖技术、内对焦技术、不规则色散技术、超声波马达等先进镜头技术。

材质与选择应用需注意

安防高清监控镜头的材质对镜头的寿命、成像效果等均密不可分。外壳的材料可以影响镜头的抗衰性能,接口的材质可以影响滑丝的程度,镜片的材质直接影响成像效果,齿轮的材料与机械寿命密不可分。目前,镜头主要的材质是金属和高端塑胶。

金属材料的镜头在小厂和低端镜头中常常使用,原因是可以省去昂贵的模具费用,而带来的后果是由于每个镜头的部件单独加工,个体之间存在误差,因此镜头品质的一致性较差,这对后期的置换安装存在一定影响。相比之下,采用模具压铸而成的高性能塑料材质在镜头中的运用不仅轻便而且镜头的光学性能、寿命等都有一定提升,成本也相对较低。目前众多CCTV高清镜头产品中,均采用工程塑料铸造。

但某些特定场合的特殊需求下,要求CCTV镜头具备更高的像素、更低的误差,此类工业级镜头往往采用金属部件。不过,这种工业级镜头对金属材质的选择具备极其严格的标准,与普通的金属材质有根本的差别,要想达到高精度、高像素、超低误差效果此种金属材质要优于塑胶材料,因此在高清工业镜头上往往采用金属部件。

另外,在镜头的选择上要注意:1.接口必须一致,C接口镜头可以加装转接环接在CS口的摄像机上,而CS接口的镜头则必须只装在CS接口的摄像机上,否则不可成像;2.镜头的配置要注意镜头靶面必须大于等于摄像机的靶面,比如1/2镜头可用在1/2摄像机上,也可用在1/3的摄像机上,但不能用在2/3的摄像机上,如果镜头靶面小于摄像机靶面,则画面四周会出现黑角;像素要匹配,镜头像素尽可能不低于摄像机的像素,否则好的摄像机得不到好的表现。

中长焦变倍成趋势

在高清监控类别中手动变焦、自动变焦与定焦镜头的市场需求量相对较大,镜头厂家的百万像素级超高性能工业用定焦镜头、变焦镜头推陈出新,技术差异化日益明显。此类镜头为提高镜头对实际使用环境的适应能力,提高镜头的近距离拍摄性能。不过,随着城市化发展脚步的不断迈进,远距离视频监控逐渐被市场认可,高清高速球、高清一体机的市场需求量暴增,而在一体机芯少则18X变焦,多则30X倍变焦的技术发展下,促使安防监控镜头的中长焦变倍功能需求潜力巨大。

再者,城市道路监控、城市高空瞭望、高速公路等远距离监控点的增多对中长焦高清镜头的市场发展也具备一定刺激意义。在此类远距离监控场所中,镜头焦距的选择需要配合实际的应用情况,这样才能达到理想的监控效果,再配合非可见光的照明系统,同步变焦、自动聚焦等先进技术,可实现全天候高清视频监控。

结束语

总而言之,无论是镜片技术的发展,抑或是镜头材质的选择运用与镜头制造工艺的优劣,都离不开实际使用的检验。真正的高清监控镜头讲究的是整个画面的清晰度,也就是高反差和高分辨率的效果镜头中心的像素与镜头边缘的像素差几乎为零的理想效果,这检验的是镜头厂商的技术实力,也是对高清镜头的基本要求之一。

随着社会的发展对监控要求越来越高,镜头对像素的要求也会越来越高。在要求高像素的同时,对画质的效果、更高的装配和检测技术、出货包装、装配和制造的过程要求更精密,组装环境的洁净度都需具备一定的技术要求。此外,也需要镜头在工程性能上要突出施工的便利行和使用过程中的稳定性。


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