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2006-10-18 11:02 |
摄像机镜头的选择与计算
闭路电视系统中摄像机镜头的选择和计算，在选择和计算镜头时提供了三种方法：公式计算法、查表法和图解法。 摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像机的整机指标。 因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。 )wa m8k5
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一、镜头的种类 1 d}Z(My
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1、按镜头尺寸划分:摄像机镜头与摄像机一样也分为8.5mm(1/3in)、13mm(1/2in)、17mm(2/3in)、19mm(3/4in)、25mm(1in)等多种，在选择摄像机镜头时，一般应与摄像机相对应，即13mm摄像机应选用13mm镜头。 oTU!R ,
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2、按镜头类别划分：摄像机镜头分手动光圈镜头和自动光圈镜头两大类型，手动和自动调整都是为了调节光通量，使传感器感受的光量保持在最佳状态。 *4Thd:7 `
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二、手动、自动光圈镜头的应用范围 "}u.v?HYz
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手动光圈镜头是最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下 。手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的一个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距（光圈）镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。 :Dr Wq{4
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1、定焦距（光圈）镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头。短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合。 焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物。 D/Z6C&/I
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2、手动光圈镜头，可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可使用。 :mh _G
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3、自动光圈镜头（EF镜头）可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。 Q('r<v96
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4、电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用。 变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。 L-jJg,eY
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三、镜头的计算 R}
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1、公式计算法 V+*
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(1)、视场和焦距的计算 0bc eI
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视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦距及所要求改成像大小确定的。镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下： ?*[N_'2W+
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1—视场计算图 tvkb~
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式中： H=视场（摄取场景）高度（m） KyVQh8
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W=视场（摄取场景）宽度（m） iEVb"w0 59
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由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样， 其比例均为 4∶3，所以 /f:dv?!km
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W= H (m) UldXYtGe
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L — 镜头至被摄取物体的距离(视距)(m) (Mo*^pVr
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f — 焦距(mm) nHnK)9\ N
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a — 像场（靶面成像面积）宽度（mm） ]{)a,c NG
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b — 像场（靶面成像面积）高度（mm） Sz%t JD..
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因摄像机的摄像管不同，其靶面像场的值也不同，具体数值如下表1 @oNH@a
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摄像机靶面成像像场a、b值 #X%~B'
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表 1 L6t+zIUc-~
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摄像管尺寸 a (mm) ：b (mm)
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25.5mm (1in) 9.5 ：12.7 G! ]k#.^A,
)#BMTKA ^
19.0mm (3/4in) 7.4：9.9 c&r70L,
mPOGidxi x
17mm (2/3in) 6.6 ：8.8 >QjAoDVX ?
zcel|oz)
13mm (1/2in) 4.6：6.8 sT !~ J4
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8.5mm (1/3in) 3.6：4.8 bV(Y`g
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从式中可以看出，当L不变,H或W增大时,f变小。当H或W不变时,L增大时,f 增大。 y Wg@v +
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2、视场角的计算 6TQoqH8@U
I!^;8Pg
如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出视场宽度和高度。 gwOa$f%O
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水平视场角β (水平观看的角度）
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vL| SY_:4
垂直视场角q（垂直观看的角度） %j:]^vqFA
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式中W、H、f同上 。 D2<fw#
I~q#eO)
水平视场角与垂直视场角的关系如下 ： .Obw|V-
gcE|#1>
表中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值，如果知道了水平 Uo -)pFN^
!g?| 9
或垂直视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度W。 ~rlB'8j(
t0/p]=+.p/
例如：摄像机的摄像管为17mm (2/3in),镜头焦距f为12mm，从表2中查得水平 W}--p fG
Ozw;(fDaU
视场角为40°而镜头与被摄取物体的距离为2m,试求视场的宽度W。 QP@%(]f G
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焦距f越长，视场角越小，监视的目标也就小。 8}c$XmCM
O}tZ - 'T
3、图解法 SHvq.lYJ
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如前所示，摄像机镜头的视场由宽（W）、高（H）和与摄像机的距离（L）决定。 一旦决定了摄像机要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定 ： vGc,vjC3x
LUG;(Fko
摄像机在不同焦距f时水视场角β表 2 Fw/6?:C}O6
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镜头焦距摄像管尺寸： N96jJk
G'rxX Jq
f 13mm 17mm 25mm 32mm IM:=@a{
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(1/2in) (2/3in) (1in) (1 1/4in) P7J>+cm
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(mm) 水 平 视 场 角 XUM!Qv
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＊·欲监视景物的尺寸。 )!Jc3%( B
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＊·摄像机与景物的距离。 CEXyrs<
ln$&``L
＊·摄像机成像器的尺寸：1/3"、1/2"、2/3"或1"。 XOxr?NPQ^
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图解选择镜头步骤 ： 4,..kSA3iw
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利用这个关系可选择适当的镜头。 ` BDLW%aL
O>qll 6]{@
估计或实测视场的最大宽度； 估计或实测摄像机与被摄景物间的距离；使用1/3"镜头时使用图2, 使用1/2"镜头时使用图3, 使用2/3"镜头时使用图4,使用1"镜头时使用图5。具体方法： 在以W和L为座标轴的图 2～5中, 查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中，应选用座标交点上 面那条线指示的数值。 例如 ： R#xCkl -
1)9sf0LyU
视场宽50m, 距离40m, 使用1/3"格式的镜头，在座标图中的交点比代 表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。 而用2.8mm的镜头则可以完全覆盖视场。
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