監(jiān)控?cái)z像機(jī)得到越來越多的應(yīng)用，并逐漸提出24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控、低照度環(huán)境下監(jiān)控、大視野監(jiān)控等需求，進(jìn)而又提升到要求監(jiān)控影像高清化的趨勢(shì)。本文以對(duì)應(yīng)這些需求的多種焦距手動(dòng)變焦鏡頭為中心，敘述近年來監(jiān)控用鏡頭的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。
日夜兩用
在需要實(shí)施24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控的工廠廠區(qū)、大廈、停車場(chǎng)中，小型且高畫質(zhì)的日夜兩用攝像機(jī)的需求愈來愈旺。日夜兩用攝像機(jī)的優(yōu)勢(shì)是即使在低照度，甚至沒有可見光照明的環(huán)境中，運(yùn)用夜間模式(夜間為黑白圖像)，使用近紅外燈照射監(jiān)控對(duì)象，也可以觀察到清晰的圖像。同時(shí)，不僅僅是觀察監(jiān)控對(duì)象，對(duì)監(jiān)控對(duì)象的識(shí)別也成為了可能。
如果將普通的日用型鏡頭安裝在日夜兩用攝像機(jī)上使用，在運(yùn)用夜間模式時(shí)，由于縱向色差的影響，聚焦會(huì)產(chǎn)生偏焦，無法采集到清晰的圖像。為了不產(chǎn)生偏焦，使鏡頭能夠運(yùn)用于日夜兩用型攝像機(jī)，需要從可見光區(qū)域到近紅外光線區(qū)域的范圍內(nèi)盡量減少縱向色差。普通鏡頭與日夜兩用型鏡頭的夜間圖像效果及光路原理分別如圖1、圖2。
對(duì)于鏡頭而言，一般焦距越長(zhǎng)，色差的補(bǔ)償就越困難，在可見光區(qū)域和近紅外光線區(qū)域上縱向色差增大，偏焦也很明顯。因此，一般采用被稱作ED玻璃、SD玻璃的特殊低分散光學(xué)玻璃，或通過最佳的鏡片構(gòu)成來抑制縱向色差。這樣，即使進(jìn)行日間模式(白天為彩色圖像)和夜間模式之間的切換，也能將偏焦抑制到最小，從而實(shí)現(xiàn)日夜24小時(shí)連續(xù)監(jiān)控。此外，由于日夜兩用鏡頭所使用的波長(zhǎng)范圍較寬，因此需留意光線透過率，結(jié)合使用目的對(duì)鏡片進(jìn)行鍍膜。
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大口徑比趨勢(shì)
為滿足夜間室內(nèi)外低照度環(huán)境下的監(jiān)控需求，高靈敏的低照度攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛推廣。而通過減小鏡頭本身的F值（提高通光量），可更大地發(fā)揮低照度攝像機(jī)的功能作用。
我們知道，鏡頭的F值隨著鏡頭口徑的增加而成比例地減小，F(xiàn)值越小，性能越好。而為了得到較大的口徑，有時(shí)會(huì)通過增加鏡頭的長(zhǎng)度，以得到更小的F值，從而提高鏡頭的性能。然而，由于監(jiān)控?cái)z像機(jī)受其性質(zhì)、安裝場(chǎng)所等因素的制約，日益被要求向小型化方向發(fā)展，因此，鏡頭本身也需要設(shè)計(jì)得更加小巧。
另外，要設(shè)計(jì)更小的F值，就增加了補(bǔ)償像差設(shè)計(jì)上的困難程度，而像差的增大，將會(huì)使鏡頭的光學(xué)性能產(chǎn)生裂變——為抑制這種性能裂變及外形尺寸的增加，一般可通過采用非球面透鏡來解決。采用非球面透鏡，可以有效地補(bǔ)償像差、減少透鏡的使用個(gè)數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。
近年來，正在研發(fā)中的多種焦距手動(dòng)變焦鏡頭汲取了市場(chǎng)的這些需求，具有與從前的F1.4鏡頭同等的大小，實(shí)現(xiàn)了小型化，同時(shí)，在達(dá)到F0.95-F1.0時(shí)亦可維持較高的光學(xué)性能（效果比較如圖3）。如某系列鏡頭，擁有F0.95的光通量、全長(zhǎng)38.3mm的外形，實(shí)現(xiàn)了高光通量、高性能、和小型化的完美結(jié)合。
監(jiān)控廣角化
在電梯轎廂、ATM機(jī)等狹窄場(chǎng)所中設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，以前都是通過架設(shè)多臺(tái)攝像機(jī)來達(dá)到無死角監(jiān)控，而市場(chǎng)提出只用一臺(tái)攝像機(jī)就可以完成監(jiān)控任務(wù)，可通過攝像機(jī)大視野的監(jiān)控獲取豐富的信息量。像這樣尋求實(shí)施廣角監(jiān)控，減少監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)置臺(tái)數(shù)的需要愈來愈多。
追求大視角化的同時(shí)，需要盡量避免隨之而產(chǎn)生的前鏡片口徑增大、外形尺寸大型化、失真增加等問題，使廣角鏡頭實(shí)現(xiàn)以往多種焦距手動(dòng)變焦鏡頭具有的同等光學(xué)性能和外形尺寸等。
百萬像素對(duì)應(yīng)鏡頭
在追求高精度圖像的全球潮流中，應(yīng)用于監(jiān)控、FA（工業(yè)化）領(lǐng)域攝像機(jī)的攝像傳感器也正在朝著高像素的方向發(fā)展。為了能以更加精細(xì)的被測(cè)物圖像信息為基礎(chǔ)進(jìn)行監(jiān)視、分析，300-500萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接連不斷地被投放市場(chǎng)。另一方面，模擬監(jiān)控?cái)z像機(jī)的分辨率也從過去的380TVL提升到了540TVL、580TVL。
為了配合這些高清攝像機(jī)，鏡頭也從對(duì)應(yīng)130-150萬像素發(fā)展到對(duì)應(yīng)500萬像素，新型鏡頭接二連三地被研發(fā)出來，如魚眼鏡頭、100mm左右的定焦鏡頭產(chǎn)品等；近年來，多種焦距手動(dòng)變焦鏡頭，甚至長(zhǎng)焦距的電動(dòng)變倍鏡頭也相繼推出，并實(shí)現(xiàn)了商品化。
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而由于隨著攝像傳感器像素的提高，每一個(gè)像素點(diǎn)的尺寸也隨之變小，因此，評(píng)價(jià)鏡頭MTF（Modulation Transfer Function，是目前分析鏡頭的解像力與反差再現(xiàn)能力方面比較科學(xué)的方法）的空間頻率數(shù)的數(shù)值也變大，并要求能分辨出更加細(xì)微的線幅(有關(guān)比較見表1)。為能有效發(fā)揮高像素的性能，這些鏡頭不僅在畫面中心，而且在畫面邊緣也擁有高分辨率、高對(duì)比度。同時(shí)，監(jiān)控、FA用鏡頭不僅降低了失真、擁有的畫面邊緣光量大的多的光學(xué)性能，還裝備有耐振動(dòng)、耐沖擊的堅(jiān)固的鏡體結(jié)構(gòu)，防止發(fā)生偏焦的鎖定旋鈕等，在鏡頭結(jié)構(gòu)、操作性能上實(shí)施了很多改進(jìn)。
結(jié)束語
近幾年，市場(chǎng)對(duì)監(jiān)控用鏡頭的各項(xiàng)指標(biāo)、規(guī)格的要求趨向多元化、多樣化。攝像機(jī)輸出圖像的質(zhì)量受到鏡頭性能的影響，與從前相比，人們更加關(guān)注鏡頭的小型化、功能性和操作性的優(yōu)劣。我們期望能與攝像機(jī)、攝像器件同步發(fā)展，滿足各自需求，更多的監(jiān)控鏡頭在世界舞臺(tái)上展示其應(yīng)有的作用。
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