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CCTV鏡頭新技術的實際應用 (CCTV鏡頭新技術的實際應用)

更新日期:	2006/07/18
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【作者/孔令俊 2006-01-09】
鏡頭一個重要的應用，就是與社會安全息息相關的安防監控鏡頭，即閉路電視鏡頭，簡稱CCTV鏡頭。本文將簡單介紹CCTV鏡頭對監控系統的重要性，並淺談CCTV鏡頭的兩個技術方向。

φ鏡頭與畫質關係

現在不管是哪個產業，對畫質都高度重視。但是一些客戶非常重視錄影機的品牌、品質，但是卻忽略了鏡頭的選擇。

畫質是鏡頭性能和錄影機性能相乘所得出的結果。好的錄影機如果配上不好的鏡頭，就不能得到高品質的監控畫面。同樣，如果只有好鏡頭，卻配上不好的錄影機，也不能得到好的畫質。另外監視器也是一個因素。總而言之，鏡頭、錄影機、監視器對畫面的品質都有很大的影響。

一支高品質的鏡頭可以顯著地提升成像品質。例如在使用同一台顯示器和同一台錄影機的前提下，假設F1.4是1Lux，那麼F1.0的鏡頭就可以達到0.5Lux，即F1.0的鏡頭與F1.4的鏡頭相比通光亮增大1倍。圖一與圖二就是在同樣光線條件下，使用同樣的錄影機拍攝的。左邊使用的是13VG308AS手動變焦鏡頭，焦距是 f=3.0-8mm，F1.0。右邊使用的是F1.4鏡頭。

φ優質鏡頭具備的條件

一支好的鏡頭應該具備的條件很多，在這裡只是簡單的列舉幾點以供參考。

優良的畫面品質

品質好的畫面包括鏡頭成像清晰度高、對比度高、亮度高、色彩還原度高，變形量小。以下為幾個高品質畫面所應具備的條件：

一、優良的光圈性能：
光圈範圍大，即大光圈很大，小光圈很小，光圈對外界光照條件的適應能力強，而且在各種光圈條件下都能保證良好的畫面品質。

二、複合型鍍膜：
高品質鏡片的鍍膜並非單純的藍膜、紅膜等單層鍍膜，而是複合型鍍膜。因為複合型鍍膜可以有效地抑制逆光，雜散光等對畫面品質有害的光線。

三、非球面技術的應用：
非球面鏡片技術的應用對鏡頭的整體品質來說非常重要，使用非球面鏡片的鏡頭在清晰度、對比度、畫面亮度方面都會有較佳的表現。

四、鎖定螺絲：
聚焦、變焦或者光圈都有可以穩固鎖定的螺絲。因為現在鏡頭被廣泛應用於各類場合，穩固有效的鎖定螺絲可以避免調節好的圖像發生變動。

五、結構精良：鏡頭體積小巧，安裝和拆換方便。
以上所列的條件僅為判斷鏡頭的一些簡單標準，因為鏡頭性能實質上是具有多重含義的。借助這些條件可以幫助使用者選購。

φ紅外線技術在CCTV鏡頭的應用

現在市場上對24小時監控的需求越來越多，因此產生了越來越多日夜轉換功能的錄影機。但在實際的工程應用中，經常聽到客戶提及監控畫面在白天非常清楚，但到了晚上畫面卻變得模糊，反之亦然。

而且一般客戶對錄影機非常重視，會選擇高階的錄影機改善此類情況。殊不知只要將現有的普通鏡頭更換成具有紅外線功能的鏡頭就可以輕鬆、便捷而且經濟的解決這個難題。

那麼為什麼會發生上述不能24小時連續清晰成像的現象呢？光是一種電磁波，具有波的特性，也就有波長，肉眼可見的波長範圍（可見光）是350nm～700nm，紅外光是700nm以上，紅外光是肉眼不可見的（圖三）。

不同波長的光線通過作為光學介質的鏡片（凸透鏡）之後，聚焦位置不同。因此，鏡頭就是要消除這種聚焦位置的差異，但對於普通鏡頭而言，只能限定於可見光波長範圍之內，但紅外線鏡頭的範圍卻是可見光波和近紅外區的波譜範圍，因此使用普通鏡頭時就會發生白天在可見光條件下聚焦清晰，到了晚上使用紅外燈後，由於上述的虛焦現象而使畫面變模糊。

反之，在晚上紅外光條件下聚焦清晰，但白天畫面卻又模糊。請看以下的示意圖。普通鏡頭不能使可見光和紅外光這兩種不同波長的光線在同一焦面上成像，但是IR鏡頭卻能夠使可見光和紅外光在焦面上成像，所以IR鏡頭可以輕鬆對應可見光與紅外光環境的轉換，並始終保持畫面的清晰。

那麼IR鏡頭為什麼可以解決上述問題呢？首先由於IR鏡頭採用了最新的光學設計以及特殊的光學玻璃材料（LD光學玻璃）等先進技術，消除了可見光和紅外光的焦面偏移。因此從可見光區到紅外光區的光線都可以在同一個焦面位置成像，呈現清晰圖像。

其次，為了增加紅外光區的透過率，IR鏡頭採用了特殊的多層鍍膜技術。另外，IR手動變焦鏡頭也使用了非球面鏡片，實現全域內的高解像度、高對比度。

IR鏡頭應用範圍廣泛，既可以做紅外線對應特殊用途，也可以當作普通鏡頭。因此依據使用場合的不同，IR鏡頭可以與彩色錄影機、黑白錄影機以及日夜轉換錄影機搭配使用。

黑白錄影機沒有紅外線截止濾光片，但是日光的波譜中也含有紅外光，所以即使在日光條件下，黑白錄影機的成像也會受到紅外線的干擾。

目前在安防市場上的IR鏡頭有手動變焦鏡頭（手動光圈、自動光圈）和IR定焦鏡頭（手動光圈、自動光圈），並且還有1/3寸、1/2寸系列。

值得一提的是，許多被廣泛使用的光源中有的光源本身就含有紅外光，而且所含紅外光線高達80％以上，比如作為路燈使用的鹵素燈、鈉燈等。因此即使是在這類可見光線下也可能會發生由因紅外光的干擾而無法獲得清晰畫面的情況，這時只需換一支紅外線對應鏡頭就可以輕易解決，非常方便並且節約成本。

φ非球面技術在CCTV鏡頭中的應用

非球面技術早已在攝影鏡頭中廣泛被應用，引入到CCTV鏡頭中大約是10年前的事情。

如果用肉眼觀察非球面鏡片，看上去仍舊是一個大致的球面形狀，而不是平面。因為非球面鏡片就是在球面的基礎上做細微的調整所得出的，從數學角度來說，球面的函數是二次函數，但非球面的函數則是四次甚至更高次的函數，所以非球面的面形更加複雜。

簡單來說，非球面是以球面為基礎，在球面的基礎上進行人為控制，在事先設計好的形狀上起伏，從而使鏡片呈現非球面的複雜曲面。

人們一般認為光線透過凸透鏡後（最常見的球面鏡片）可以聚集在一點上。但是從光學角度上來看，球面凸透鏡並不能把光線真正聚集到一點上，它所聚成的其實是一個光斑。由於肉眼的視力有限，所以看上去好像是一點。（圖六左）這是由於鏡片上一個稱為「球面像差」的缺陷，而且通過單枚球面鏡片是無法克服這種像差的，正是由於這種像差的存在，所以帶來了如下圖六左邊所示的光斑現象。這種像差會影響成像品質。但是非球面鏡片可以把光線精確地彙聚到一點上，大幅提高成像品質。（圖六右）

那麼非球面鏡片使用到鏡頭中之後，有什麼具體優點呢？

一、非球面鏡片的應用可以使鏡頭光學結構相對簡化，從而在光學通路和機械結構上獲得更大的通光口徑，使整個畫面更加明亮。
例如，騰龍的1/3' f=3.0-8mm F/1.0的系列鏡頭，之所以可以達到F/1.0，除了精湛的光學設計和製造工藝之外，非球面鏡片也是重要的因素。

二、非球面鏡片可以大幅度提高成像品質，使畫面清晰，特別是邊緣圖像的清晰度，使畫面中每個細節都能清晰顯示。
三、一枚非球面鏡片可以替代一組球面鏡片，所以使用非球面鏡片可以縮小鏡頭體積。例如騰龍的1/3' f=5-50mm F/1.4的系列鏡頭，其中使用了兩枚非球面鏡片，在實現體積小型化的情況下，還保證了成像品質。
非球面鏡片在設計上借助成熟的光學軟體並不困難，但是其生產加工卻需要極高的技術。因此在CCTV鏡頭業界能夠自己獨立完成全部非球面鏡片的開發與生產的廠商屈指可數，而非球面鏡片的開發以及生產技術是被各個廠商視為機密的。

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