【安防知識(shí)網(wǎng)】鏡頭是監(jiān)控系統(tǒng)的最前端，其重要性好比人的眼睛，一旦沒有了它，整個(gè)世界會(huì)黯然失色。因此鏡頭對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的貢獻(xiàn)絕不亞于攝像機(jī)、監(jiān)視器或是DVR、線纜等任何一種。既然是眼睛，就會(huì)伴隨著“眼疾”的存在，如：“眼睛干澀”、“近視眼”、“花眼”、“紅眼”、“沙眼”、“結(jié)膜炎”、“青光眼”、“白內(nèi)障”等等。鏡頭亦是如此，跟鏡頭有關(guān)系的監(jiān)控問題也很多，如外殼破裂、螺絲滑絲、鏡片脫落、變焦聚焦無法控制、光圈打不開、光圈無變化、眩光、畫面閃爍、整體或局部畫面發(fā)虛、畫面聚焦不實(shí)等等。在這些"癥狀"中，每個(gè)問題都可以引申出很多話題，今天就大家容易混淆的幾個(gè)技術(shù)概念：AS非球面、SD超低色散和紅外ED，來簡單介紹一下。

　　之所以說以上幾個(gè)概念容易混淆，主要是因?yàn)樵韴D的關(guān)系，下面逐一進(jìn)行分析。

　　AS非球面

　　如圖1所示，一般鏡頭中所用的鏡片，都可以看作是球體的一部分，它的表面曲率是固定的，在由光軸上同一物點(diǎn)發(fā)出的光線，通過鏡頭后，在像場空間上不同的點(diǎn)會(huì)聚，從而發(fā)生了結(jié)像位置的移動(dòng)，這就是球面像差。它的產(chǎn)生是由于離軸距離不同的光線在鏡片表面形成的入射角不同而造成的。當(dāng)平行的光線由鏡面邊緣(遠(yuǎn)軸光線)通過時(shí)，它的焦點(diǎn)位置比較靠近鏡片;而由鏡片的中央通過的光線(近軸光線)，它的焦點(diǎn)位置則比較遠(yuǎn)離鏡片。這種沿著光軸的焦點(diǎn)間錯(cuò)開的量，稱為縱向球面像差。由于這種像差的緣故，會(huì)在通過鏡頭中心部分的近軸光線所結(jié)成的影像周圍，形成由通過鏡頭邊緣部分的光線所產(chǎn)生的光斑，使人感到所形成的影象變成模糊不清，畫面整體好象蒙上一層紗似的，變成缺少鮮銳度的灰蒙蒙的影像。這個(gè)光斑的半徑稱為橫向球面像差。

圖1  球面像差示意圖

　　可以想象，在鏡頭光圈全開，或接近全開時(shí)，鏡頭的通光量大，像差對(duì)于成像的影響也大，而且口徑越大的鏡頭，這種影響越明顯。這也在一個(gè)側(cè)面解釋了，為什么在光圈全開時(shí)，成像的銳度不如光圈收小的問題。因此，有時(shí)適當(dāng)?shù)夭捎眯∫恍┑墓馊?，可以有效地提高成像畫質(zhì)，增加景深，避免因?yàn)楣馊^大而引起的焦點(diǎn)較淺，容易跑焦與畫面銳度不夠的情況。但單靠收小光圈來降低像差對(duì)成像的影響并不是一個(gè)根本的解決方案，因?yàn)槿绻癫钸^大，通過縮小光圈消除像差時(shí)，可能會(huì)引起聚焦面的移動(dòng)。對(duì)于球面鏡片的球面像差矯正，通常是以某一個(gè)入射距的光線為基準(zhǔn)，然后使用凸、凹兩枚鏡片加以適當(dāng)?shù)慕M合來完成，但這種方法并不徹底，想要完全消除球面像差，現(xiàn)有條件下只有采用非球面鏡片來實(shí)現(xiàn)(如圖2)。

圖2  普通球面鏡片和非球面鏡片成像示意圖

　　非球面鏡就是為了校正球面像差而開發(fā)出來的，功能就是通過修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置完全重合。這樣畫面整體感覺會(huì)銳利而清晰，邊緣部分的解像力也大為提高。

　　通常一片非球面鏡片就能達(dá)到多個(gè)球面鏡片矯正像差的效果，因此可以減少鏡片的數(shù)量，使得鏡頭的精度更佳、清晰度更好、色彩還原更為準(zhǔn)確、鏡頭內(nèi)的光線反射得以降低，鏡頭體積也相應(yīng)縮小。非球面鏡頭具有變倍高、物距短、光圈大的特點(diǎn)。變倍高可以簡化鏡頭的種類，物距短可以應(yīng)用在近距離攝像的場合，光圈大則可以適應(yīng)光線較暗的場所，因此應(yīng)用領(lǐng)域日漸寬廣。[nextpage]

　　SD超低色散

　　復(fù)合光(白光)通過三棱鏡等分光器被分解為各種單色光的現(xiàn)象，叫做光的色散。分開的單色光依次排列而成的光帶叫做光譜。各種顏色的光在真空中都以恒定的速度傳播;而在介質(zhì)中，光波的傳播速度要減小;而且不同波長的光波，傳播速度也各不相同。因此，同一介質(zhì)對(duì)不同的單色光折射率是不同的，紅色光的折射率最小，紫色光的折射率最大，分離之后，聚焦于不同點(diǎn)(如圖3)。消色差就是使得色光能重新聚焦在同一點(diǎn)。最初的消色差只能針對(duì)某兩種色光進(jìn)行，后來改進(jìn)為可以對(duì)某三種色光，就稱為復(fù)消色差。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)消色差，可以采用很多種手段。其中最常見的減低色差方法就是應(yīng)用低色散鏡片，該鏡片材料具有超低色散系數(shù)，有助于減小色差，一般被應(yīng)用于長焦鏡頭中(如圖4)。

 圖3  色散示意圖

圖4  普通光學(xué)玻璃和超低色散玻璃成像對(duì)比

　　低色散鏡片在鏡組中的構(gòu)成片數(shù)及鏡片大小也是因鏡頭的設(shè)計(jì)取向而定，一般而言，它在一個(gè)鏡組中鏡片越大越好、越多越好。但由于低色散鏡片的制造成本要高于普通鏡片，所以目前市場上采用這種SD超低色散鏡片的產(chǎn)品還不是太多。如日系某品牌電動(dòng)系列變焦鏡頭里就采用了SD超低色散鏡片。[nextpage]

　　紅外ED

　　光作為一種帶有能量的電磁波，具有波的特性，肉眼可見的波長范圍是350nm-700nm，稱之為可見光;波長為700nm以上的光稱之為紅外光，紅外光是肉眼不可見的，但攝像機(jī)的圖像傳感器卻可以感知并成像。

　　作為一個(gè)基本物理現(xiàn)象，不同波長的光線通過鏡頭之后，因折射率不同，聚焦面的位置不同，普通鏡頭只能讓可見光匯聚于一個(gè)聚焦面，但對(duì)波長更長的紅外光無法與可見光匯聚于同一個(gè)面。所以在鏡頭將可見光的焦面匯聚于攝像機(jī)CCD的靶面時(shí)，紅外光線所成的焦面與可見光的焦面不在一個(gè)面上，由于色差及聚焦面的偏移，就會(huì)導(dǎo)致成像畫面模糊。紅外鏡頭(亦稱紅外矯正鏡頭)采用了特殊的ED玻璃材料，可見光與紅外光通過時(shí)，匯聚的焦面可以聚合成一個(gè)面，這樣就保證了24小時(shí)復(fù)雜光源條件下的成像依然清晰銳利。為了防止使用普通鏡頭時(shí)，紅外光作為雜光影響成像，所以普通的攝像機(jī)CCD前面一般會(huì)有紅外濾光鏡(IR Cut Filter)將紅外光濾掉，以保證可見光可以成像清晰。但在光線微弱的場景，如黃昏或夜晚，可見光已達(dá)不到攝像機(jī)CCD最低照度時(shí)，就需要外加紅外燈來幫助成像，這時(shí)就要將CCD前的紅外濾光鏡移開，讓盡可能多的紅外光進(jìn)來。但是，這種日夜型彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)，在與普通的鏡頭配合時(shí)，雖然也可以讓紅外光通過，但卻無法解決焦面偏移的問題，畫面依然會(huì)出現(xiàn)模糊;只有與紅外鏡頭配合時(shí)，并且外加紅外光源，才可以得到最好的效果(如圖5)。這種紅外的效果，有些廠家采用的是寬域的鍍膜來增加紅外光透過率，更有效的是采用特殊的玻璃材料來實(shí)現(xiàn)。紅外光因?yàn)椴ㄩL較長，具有很好的穿透性，如穿透煙霧、水氣等，所以紅外鏡頭在易因大霧引發(fā)事故的高速公路、河道、船只進(jìn)出港以及經(jīng)常大霧彌漫的邊海防監(jiān)控等場景中，具有不可替代的作用。

圖5  紅外對(duì)應(yīng)鏡頭與普通鏡頭成像對(duì)比原理圖

　　結(jié)語

　　以上三種技術(shù)中，非球面鏡片主要是為了提高圖像的銳度，也解決了邊緣像質(zhì)太差的問題;超低色散鏡片主要是解決了可見光部分的色散問題，可以令色彩還原比較逼真，并且提高了成像的銳度;紅外鏡片則解決了可見光及近紅外光無法共焦面的問題，在全天候的監(jiān)控場景中將得到廣泛應(yīng)用。