文/ 張育武 深圳銀星精工科技發(fā)展有限公司技術(shù)部 責(zé)任編輯/湯凱

　　鏡頭的清晰度

　　清晰度是鏡頭的關(guān)鍵要素之一，也是衡量鏡頭的最為重要的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今的4K高清鏡頭，與普通鏡頭相比具有清晰度高、光譜透射能力強(qiáng)、做工更精密等優(yōu)勢(shì)。一般選取鏡頭成像圈中心及0.7視場(chǎng)的解像力作為評(píng)判鏡頭清晰度的標(biāo)準(zhǔn)。

　　解像力是鏡頭對(duì)被攝物體的點(diǎn)像的再現(xiàn)能力。通常我們的理解就是鏡頭能夠分辨出很細(xì)微的細(xì)節(jié)，而且越精細(xì)越好。解像力好的鏡頭拍攝的照片肯定是毫發(fā)必現(xiàn)般的清晰，反之較差的解像力則容易丟失許多肉眼可見(jiàn)的細(xì)節(jié)。

　　4K超高清鏡頭的物理分辨率為3840×2160，是1080P的4倍，約為720P的9倍，從理論角度來(lái)講，基于4倍于1080P的分辨率，相同細(xì)節(jié)要求下，4K攝像機(jī)應(yīng)該可以呈現(xiàn)4倍于1080P的視角范圍。實(shí)現(xiàn)減少?gòu)牟伎財(cái)z像機(jī)的數(shù)量，滿足更高清的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求。

圖1   不同鏡頭的透光率

　　4K高清鏡頭之所以具備較佳的高清性能，離不開其采用的關(guān)鍵技術(shù)：ED超低色散材料技術(shù)、非球面技術(shù)(ASP)的使用和大光圈，超低照度技術(shù)的運(yùn)用。普通監(jiān)控鏡頭，在設(shè)計(jì)上也會(huì)考慮校正不同波長(zhǎng)光線(紅、綠、藍(lán))的像差，但通常是將兩頭的紅、藍(lán)兩種色光的聚焦同一位置上，但和中間的綠光焦點(diǎn)仍然不重合，即存在二級(jí)光譜的像差，限制鏡頭成像質(zhì)量進(jìn)一步提升。為了校正二級(jí)光譜，4K高清鏡頭廣泛使用了ED超低色散的光學(xué)玻璃材料，利用其不同于常規(guī)光學(xué)玻璃的色散特性，可以將紅、綠、藍(lán)等色光聚焦到同一個(gè)平面上。非球面技術(shù)(ASP)的使用，傳統(tǒng)的球面技術(shù)發(fā)展到今天，其設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝都已相當(dāng)成熟，在光學(xué)行業(yè)的幾乎所有領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而在設(shè)計(jì)復(fù)雜4K高清鏡頭時(shí)，球面技術(shù)的成像效果無(wú)法達(dá)到最佳。非球面技術(shù)可以校正球面像差，大幅度提高鏡頭的成像質(zhì)量。非球面鏡片形狀是通過(guò)精確計(jì)算并由精密機(jī)器模造而成，一片非球面鏡片就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)球面鏡片校正像差的效果。采用超精密模造非球面鏡片的鏡頭可以有效地減小鏡頭體積的同時(shí)，使得鏡頭的成像更清晰，透光度更好，色彩還原更加準(zhǔn)確。大光圈，超低照度技術(shù)的運(yùn)用。鏡頭作為攝像機(jī)的“眼睛”，在相當(dāng)程度上決定著監(jiān)控的成像效果，而在夜晚，即低照度下，決定監(jiān)控效果的關(guān)鍵參數(shù)是其最大光圈值，這個(gè)最大光圈值直接決定外界可有多少光線透過(guò)鏡頭到達(dá)傳感器以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光線越多，低照度監(jiān)控效果便越好。最大光圈值用F值表示，F(xiàn)值=f(焦點(diǎn)距離)/D(鏡頭的有效口徑)，鏡頭的光圈大小，即F值的大小直接決定了鏡頭的通光量。光圈越大，F(xiàn)值越小，通光量越大，照度越好;反之亦然。

　　鏡片的多層鍍膜

　　鏡頭的鍍膜一般鍍?cè)鐾改?，主要的作用是降低鏡片表面的反光，減少光衰減。

　　早期的鏡頭有沒(méi)有鍍膜的，一些簡(jiǎn)單的鏡頭也有單層簡(jiǎn)單鍍膜的。現(xiàn)代鏡頭都是多層寬帶增透鍍膜技術(shù)。但是鍍膜不能答到100%的通過(guò)率，仍然會(huì)有一部分光反射，所以鏡片會(huì)有各種顏色，在一支鏡頭上的鏡片不會(huì)全反射一種色光，所以你看到的鏡頭經(jīng)常會(huì)反射各種各樣的顏色。

　　多層寬帶增透鍍膜技術(shù)，能最大程度地提高鏡頭的光線透過(guò)率，降低光線在每個(gè)光學(xué)鏡片表面的殘余反射。該技術(shù)可以將玻璃和空氣界面的可見(jiàn)光反射率抑制到0.5%以內(nèi)，同時(shí)將近紅外光的反射率降至約1%，通過(guò)高質(zhì)量的鍍膜，減少了圖像上不必要的雜散光和鬼像，有效提高畫面的通透性，亦保證了可靠的高清效果。

　　多層寬帶增透鍍膜技術(shù)，能大幅改良光線透射率并具有更低的折射率。由于降低了反射，該技術(shù)可使畫面更銳利、明亮，且具有更少的炫光與鬼影出現(xiàn)，即使在如逆光等特定光線條件下也同樣出色。

　　鏡頭在強(qiáng)度及抗干擾性上的突破

　　隨著安防應(yīng)用領(lǐng)域的延伸，鏡頭也需要適應(yīng)各種不同的應(yīng)用環(huán)境，增強(qiáng)鏡頭的強(qiáng)度和抗干擾性是不可回避的。鏡頭需作以下三方面的改善和提示：防抖、溫差矯正和透霧。防抖是一個(gè)在鏡頭中加裝的影像穩(wěn)定系統(tǒng)，是為了滿足使用中長(zhǎng)焦距鏡頭而設(shè)計(jì)。防抖分為光學(xué)防抖和電子防抖。光學(xué)防抖是在鏡頭中設(shè)置專門的防抖補(bǔ)償鏡組，根據(jù)相機(jī)的抖動(dòng)方向和程度，補(bǔ)償鏡組相應(yīng)調(diào)整位置和角度，使光路保持穩(wěn)定。電子防抖主要指在數(shù)碼照相機(jī)上采用強(qiáng)制提高CCD感光參數(shù)同時(shí)加快快門并針對(duì)CCD上取得的圖像進(jìn)行分析，然后利用邊緣圖像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆蓝?，電子防抖?shí)際上是一種通過(guò)降低畫質(zhì)來(lái)補(bǔ)償抖動(dòng)的技術(shù)，此技術(shù)試圖在畫質(zhì)和畫面抖動(dòng)之間取得一個(gè)平衡點(diǎn)。與光學(xué)防抖比較，此技術(shù)成本要低很多(實(shí)際上只需要對(duì)普通數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)部軟體作些調(diào)整就可做到)，效果也要差。

圖2   CCD對(duì)可見(jiàn)光與紅外光的波長(zhǎng)折率

　　溫差校正鏡頭，光學(xué)設(shè)計(jì)校正溫差后鏡頭能適應(yīng)高低溫的環(huán)境增強(qiáng)。由于安防監(jiān)控系統(tǒng)大部分都是安裝于戶外，暴露在炙熱的陽(yáng)光下或寒冷的空氣中。過(guò)高或者過(guò)低的溫度環(huán)境都會(huì)導(dǎo)致鏡頭中光學(xué)鏡片的折射率和阿貝數(shù)發(fā)生變化，這一變形直接就導(dǎo)致了聚焦不準(zhǔn)確、圖像不清晰。通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)上將不同溫度系數(shù)的玻璃進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得在溫差(-30度~70度)范圍內(nèi)光學(xué)成像質(zhì)量不下降，這樣鏡頭適應(yīng)環(huán)境能力逐步提升，在高溫、寒冷等極端天氣里圖像依然不減。

圖3   不同鍍膜對(duì)波長(zhǎng)與透過(guò)率影響

　　透霧鏡頭，透霧源于遠(yuǎn)距離、復(fù)雜環(huán)境下的監(jiān)控需求。霧是漂浮在空中的細(xì)小顆粒組成，單位體積的顆粒數(shù)越多霧就越濃?？梢?jiàn)光波長(zhǎng)較短，無(wú)法穿透薄霧，這就是有霧的清晨能見(jiàn)度非常低的原因。而近紅外光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，這一特點(diǎn)使得紅外光可繞射微小顆粒，實(shí)現(xiàn)透霧的目的。透霧模式下，濾光片會(huì)濾掉可見(jiàn)光而只保留紅外光，配合鍍膜增透技術(shù)，透霧鏡頭在能見(jiàn)度極低的情況下也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離全天候監(jiān)控，并且在正常以及透霧模式下保持焦面不偏移。

　　透過(guò)云霧、水氣拍攝物體，相當(dāng)于透過(guò)了兩重透鏡(水珠與實(shí)際透鏡)，除了R光線可以正確聚焦在CCD成像面上，RGB光線中的GB均無(wú)法正常的投射在CCD成像面上，這樣就造成了普通模式鏡頭無(wú)法正常、清晰的得到云霧、水氣中的圖像，眾所周知，索斯克日夜穿霧系統(tǒng)的技術(shù)，不但在日夜功能上及自動(dòng)修正縱向色差上的特殊功能，使透霧技術(shù)及原有的日夜功能，對(duì)白天彩色RGB及夜晚的IR能量進(jìn)行更精確的縱向色差調(diào)整，使RGB及IR等大自然能量更準(zhǔn)確、集中到鏡頭成像面上，從而達(dá)到透過(guò)云霧、水氣拍攝環(huán)境及目標(biāo)圖像。

　　鏡頭的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和智能化

　　鏡頭的調(diào)試精準(zhǔn)化和智能化給整個(gè)安防系統(tǒng)的安裝帶了便利，極大的提高了效率。也是目前鏡頭的改善發(fā)展的趨勢(shì)。

　　鏡頭的精準(zhǔn)化調(diào)試體現(xiàn)在兩方面：1.精密變焦凸輪調(diào)節(jié)聚焦，通過(guò)凸輪的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)變焦和聚焦組鏡片前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)變化和聚焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)。如果凸輪的精度不佳，則在變焦和聚焦的過(guò)程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)透鏡光軸的偏移或者傾斜，導(dǎo)致成像質(zhì)量的嚴(yán)重下降。精密變焦凸輪設(shè)計(jì)技術(shù)，能保證良好的凸輪制造精度，確保變焦和聚焦過(guò)程中的成像質(zhì)量，同時(shí)也保證了順滑而不失阻尼感的調(diào)節(jié)手感。2.鏡頭后焦可調(diào)技術(shù)。后焦距也稱背焦距，指的是當(dāng)安裝上標(biāo)準(zhǔn)鏡頭(標(biāo)準(zhǔn)C/CS接口鏡頭)時(shí)，能使被攝景物的成像恰好在CCD圖像傳感器的靶面上，首次使用鏡頭時(shí)一般都需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在絕大多數(shù)攝像機(jī)配接電動(dòng)變焦鏡頭的應(yīng)用場(chǎng)合，往往都需要對(duì)攝像機(jī)的后焦距進(jìn)行調(diào)整。由于各攝像機(jī)廠商的不同導(dǎo)致后焦值有一定的波動(dòng)，鏡頭后焦可調(diào)是指在鏡頭結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)有可調(diào)機(jī)構(gòu)，能適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)鏡頭接口(標(biāo)準(zhǔn)C/CS接口鏡頭)到攝像機(jī)的距離。

　　鏡頭的智能化調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)鏡頭依靠手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)變焦環(huán)與聚焦環(huán)實(shí)現(xiàn)鏡頭的變焦與聚焦調(diào)節(jié)。鏡頭的智能化調(diào)節(jié)是將鏡頭的聚焦環(huán)，變焦環(huán)及光圈與步進(jìn)電機(jī)相連，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)完成鏡頭的調(diào)節(jié)。不但具有調(diào)節(jié)過(guò)程精細(xì)，調(diào)節(jié)方便的優(yōu)勢(shì)。更重要的能夠?qū)崿F(xiàn)將調(diào)節(jié)過(guò)程程序化，后臺(tái)調(diào)節(jié)，與對(duì)應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)智能化調(diào)節(jié)。