视频监控摄像机镜头的选用

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摄像机镜头的选用-本文简要介绍电视监控糸统工程设计时，对监控设备中摄像机镜头的选用，其中主要介绍选用镜头的程序步骤，镜头选择尺和速查表，镜头与摄像机的接口安装，镜头的放大倍数的计算等。
    关键词: 摄像机镜头 镜头选择尺 速查表 焦距 接口
     一、前言
    摄像机镜头的种类繁多：从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、长焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角、标准、狭窄或远摄镜头；从结构上分类，可分为固定光圈定焦、手动光圈定焦、自动光圈定焦、手动变焦、自动光圈电动变焦、电动三可变、针孔等镜头类型。在电视监控系统中除单板机或超小型一体化机外，一般提到的摄像机均指的是CCD裸机。因此镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣。所以在电视监控系统的设计中，选择镜头是最关键最重要的环节之一。下面对镜头选用的几个具体问题作一介绍。
    二、镜头选择尺和速查表
经过多年的发展，现在已有许多实用的表格和工具来大大简化选择镜头的工作量。
   （1）、镜头选择速查表
    表1、2和3是美国赫曼·克鲁格在CCTV完全手册中推荐的速查表，它列出了1/2、2/3和1/3英寸传感器在特定的物距和焦距下能够看到的场景尺寸，反过来也可根据物距和场景尺寸等选择镜头的焦距。表中单位的英尺和英寸只需换算成米制即可（1英尺=30.48厘米；1英寸=2.54厘米）。如要计算1英寸传感器能看到的场景尺寸（宽度和高度），只需将1/2英寸传感器数据表格（表1）中所有的场景尺寸乘以2即可。对于1/3英寸的传感器，可以在表2中查找，也可以将2/3英寸传感器的数据表格（表2）中的场景尺寸除以2。
    正确理解表1、2和3会使得为特定视场范围选择镜头的工作变得容易。如我们希望用一 个1/2英寸的摄像机从40英尺远处观察宽为20、高为15英尺的场景的全貌。查表1，从距离40一格中向下找到20.6×15.5即可达到所要求的场景，其对应的焦距为12，所以选用焦距为12毫米的镜头正好。
    如果按同样的距离和场景的要求，若使用2/3英寸的摄像机，以同样的方法查表2可知，可选择拍摄到宽为22.5英尺和高为16.7英尺的场景的焦距为16毫米的镜头；
如果按同样的距离和场景的要求，若使用1/3英寸的摄像机，以同样的方法查表3也可选择至拍摄宽为22.0英尺和高为16.4英尺场景的焦距为8毫米的镜头。
    表1：场景尺寸与镜头焦距和场景物距之间的关系（1/2英寸摄像机）
    1/2英寸传感器 镜头选择表
    焦距mm 摄像机与场景之间的距离D（以英尺为单位）
    视场范围：宽H和高V（以英尺为单位）

5 10 20 30 40 50 75
H×V H×V H×V H×V H×V H×V H×V
2.6
3.5
4.0
4.8
6.0
7.5
8.0
12.0
16.0
25.0
50.0
75.0
150
12.1×9.3
9.0×6.9
7.8×6.0
6.5×4.8
5.1×3.9
4.1×3.1
3.9×3.0
2.6×1.9
1.9×1.5
1.3×1.0
.62×.46
.41×.31
.21×.16 24.9×18.8
18.5×14.0
15.6×11.6
12.9×9.7
10.3×7.8
8.3×6.2
7.8×5.8
5.2×3.9
3.9×2.9
2.3×2.0
1.2×.93
.82×.62
.41×.31 48.5×37.7
36.0×28.0
31.0×23.2
25.9×119.5
20.7×15.5
16.5×12.4
15.5×11.6
10.3×7.8
7.8×5.9
5.2×3.0
2.5×1.9
1.7×1.2
.85×.60
72.6×55.8
54.0×41.4
46.8×36.0
39.0×28.8
30.6×23.4
24.6×18.6
23.4×18.0
15.6×11.4
11.4×9.0
7.8×6.0
3.7×2.8
2.5×1.9
1.3×1.0 98.3×74.0
73.0×55.0
62.0×46.4
51.7×38.8
41.3×31.0
33.0×24.8
31.0×23.2
20.6×15.5
15.5×11.6
10.0×7.8
4.9×3.7
3.3×2.5
1.7×1.3
123.8×94.2
92.0×70.0
77.6×58.2
64.6×48.8
51.6×38.8
41.3×31.0
38.8×29.1
25.8×19.4
19.4×14.5
13.0×9.7
6.2×4.7
4.1×3.1
2.1×1.6

185.8×141.0
138.0×105.0
116.4×87.4
96.9×72.6
77.4×58.2
62.0×46.5
58.2×43.7
38.7×29.1
29.1×21.8
19.5×10.1
9.3×7.1
6.2×4.7
3.1×1.9

注意：1/2英寸镜头不能与2/3或1英寸的传感器配用（镜头太小）。
表2：场景尺寸与镜头焦距和场景物距之间的关系（2/3英寸摄像机）
2/3英寸传感器 镜头选择表
焦距mm 摄像机与场景之间的距离D（以英尺为单位）
视场范围：宽H和高V（以英尺为单位）

5 10 20 30 40 50 75
H×V H×V H×V H×V H×V H×V H×V

4.0
4.8
6.5
8.0
12.5
16.0
25.0
50.0
75.0
100
150

11.0×8.2
10.0×7.5
6.8×5.0
5.5×4.1
3.5×2.6
2.8×2.1
1.7×1.3
.84×.63
.58×.43
.42×.32
.29×.22
22.0×16.4
20.0×15.0
13.6×10.1
11.0×8.2
7.0×5.3
5.6×4.2
3.6×2.7
1.7×1.3
1.1×.98
.85×.65
.55×.49

44.0×33.0
40.0×30.0
27.0×20.3
22.0×16.5
14.0×10.5
11.1×8.3
7.0×5.3
3.3×2.4
2.2×1.6
1.7×1.2
1.1×.80

66.0×49.2
60.0×45.0
40.8×30.3
33.0×24.6
21.0×15.6
16.8×12.6
10.5×8.0
5.0×3.8
3.5×2.6
2.5×1.9
1.8×1.3

88.0×64.0
80.0×60.0
54.2×39.4
44.0×32.0
28.0×21.0
22.5×16.7
14.0×10.7
6.5×4.9
4.3×3.2
3.3×2.5
2.2×1.6


112.0×84.0
100.0×75.0
68.9×51.7
56.0×42.0
35.0×26.2
28.0×21.0
22.5×16.7
14.0×10.7
6.5×4.9
4.2×3.2
2.8×2.1

168×126
150×125
103.4×77.6
84.0×63.0
52.0×39.3
42.0×31.5
27.0×20.0
12.5×9.4
8.3×6.2
6.3×4.2
4.2×3.1

注意：2/3英寸镜头不能与1英寸的传感器配用（镜头太小）
表3： 场景尺寸与镜头焦距和场景物距之间的关系（1/3英寸摄像机）
1/3英寸传感器 镜头选择表
焦距mm 摄像机与场景之间的距离D（以英尺为单位）
视场范围：宽H和高V（以英尺为单位）

5 10 20 30 40 50 75
H×V H×V H×V H×V H×V H×V H×V
2.8
3.3
3.8
4.0
4.5
6.7
8.0
9.0
7.9×5.6
6.7×5.0
5.8×4.3
5.5×4.1
5.0×3.8
3.3×2.5
2.8×2.1
2.5×1.9
15.8×11.2
13.4×10.0
11.6×8.6
11.0×8.2
10.0×7.6
6.6×5.0
5.5×4.1
5.0×3.8
31.6×22.4
26.8×20.0
23.2×17.2
22.0×16.4
20.0×15.2
13.2×10.0
11.0×8.2
10.0×7.6
47.4×33.6
40.2×30.0
34.8×25.8
33.0×24.6
30.0×22.8
19.8×15.0
16.5×13.7
15.0×11.4

63.2×44.8
53.6×40.0
46.4×14.4
44.0×33.0
40.0×30.4
26.4×20.0
22.0×16.4
20.0×15.2


79.0×56.0
67.0×50.0
58.0×43.0
55.0×41
50.0×38
33.0×25
27.5×20.5
25.0×19.0


118.5×84.0
100.5×75.0
87.0×64.5
82.5×61.5
75.0×57.0
49.5×37.5
41.0×30.8.
37.5×28.5



注意：1/3英寸镜头不能与1/2、2/3和1英寸的传感器配用（镜头太小）
（2）、镜头选择尺
从前面镜头的有关公式可知，由于镜头的成像尺寸、焦距、视场角等参数具有一一对应的关系，因此，一些专业镜头生产厂商（如computar及精工等）还专门制作了如图1所示的镜头选择计算尺。该计算尺由上下两个圆盘及一个透明的扇形片组成，圆盘及扇形片上均有刻度，分别标有视场角、被摄物体的水平及垂直尺寸、镜头的焦距、CCD芯片光敏面尺寸及被摄物体距CCD摄像机的距离等参数。