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        鏡頭技術在監控攝像機高清化的應用關系

        發布日期:2016-09-10 來源:www.hotelsahar.com 點擊:

        在鏡頭產品技術上各位可能只知道鏡頭光圈及對焦、變焦、防震、紅外濾光和電動鏡頭的伺服馬達等知識,但可能不會知道太多關于鏡頭內部的一些小小技術,這些技術看來不起眼,更很少人將它與監控應用一起談論,但別小看這些技術,往往這幾個技術部分卻是影響鏡頭本身質量的關鍵。
         
        鏡頭技術類型
         
        鏡頭技術的內容后,再去審視監控鏡頭就可以知道所采用的鏡頭廠商素質層次到哪個階段,以下就讓我們一個審視。
         
        1、鏡頭上非球面鏡片結構(Asphericallens)技術
         
        這是目前高清監控所最要求及追求的效果需求,它的作用主要在于高透光率下低折射效果,使所有透過鏡片的中心焦點能在折射后成像于同一點上,同時也能降低及減少影像桶狀(凸)或針墊(凹)狀變形情況,讓影像成像更銳利,這種鏡頭鏡片通常慣用低焦距行程的廣角至超廣角或魚眼鏡頭上。
         
        2、低色散鏡片(LD,LowDispersion或UD,UltralowDispersion)技術
         
        這種鏡片技術通常用于鏡頭的色差控制,提升相片的色彩還原效果,使用這種技術可以使光線折射后產生的光譜穩定,也就是使顏色光在透過鏡片折射后的色差小,成像顏色與原色是近乎還原相同的效果。在監控上通常會使用LD較多,UD超低色散則用在DSC數字相機或DV應用上,日系產品在這個部分的采用上較多。
         
        3、鏡頭鏡片鍍膜(Coating)技術
         
        這種技術在鏡頭上能抵消鏡片的反射光,作用在于消除鬼影、眩光及抵抗折反射所產生的光斑,同時可以讓鏡頭反射率降低,增加鏡片上的進光量。這種技術在監控鏡頭上都有采用,但廠商在這部分的技術能力差異相當大,所以其實很容易從這個部分來做為鏡頭選型時的參考依據。另外要講的是,這種鏡片鍍膜部分,使用者大概都只知道有沒有鍍膜而已,不會知道其實鏡頭鍍膜有很多層級和不同,鏡頭鍍膜大概可以分為納米鍍膜(Nano)、集成鍍膜(IntegratedCoating)、次波長鍍膜(SubwavelengthCoating)、多層鍍膜(MultiCoating)、透明鍍膜(TransparencyCoating)和BBAR多層鍍膜HFT鍍膜等類型,不一定都會用在監控上,目前監控鏡頭以BBAR跟Nano方式較多,其余大多用于DSC或單反相機鏡頭較多。
         
        4、高透光材質鏡片技術(FluoriteFL)
         
        這種鏡片技術較常見于高級相機上的望遠伸縮鏡頭及高倍數望遠鏡頭使用,它有另一個名稱叫瑩石芯片鏡片,特點是有非常低的折射率及LD色散,讓鏡頭在取遠景拉近時不會產生鏡片反射色散問題,這在日系的點動鏡頭高階產品上是很容易看到的技術應用。
         
        5、高折射率鏡片(HRI)技術
         
        這種鏡頭較為特殊,它是利用鏡片特殊偏光的修正技術,來對鏡頭的進光產生的偏光成像差做有效的矯正、減少光學像差,這個部分可讓鏡頭體積縮小輕量化,通常適用于DSC或監控On-Bosard板鏡頭上較多,但這在監控上的實質效應不高較不受監控鏡頭廠商關注。
         
        6、多層衍射鏡片(DiffractiveOptics,DO)技術
         
        這種鏡片技術主要研發為雙層或三層鏡片,可以讓成像的光線不會產生不必要的放射光束,也可以抵消多層鏡片所產生的色散,且鏡片排列緊密,具有低色差及體積小型化的特點,這種鏡頭技術則充分應用在小型變焦鏡頭上。
         
        7、雙非球面鏡片(DSA)技術
         
        這種鏡片技術是屬于較為特殊鏡片技術,由兩片非球面鏡片組合,主要用意為增強清晰度及體積小型化這種技術用于DSC的應用上較多。
         
        8、覆消色差技術(Apochromatic,APO)
         
        這也是一種DSC所用特殊鏡片技術,能讓多種色光進入時消除色差,采用此技術鏡頭在監控鏡頭的低色散鏡片及非球面鏡片都會應用到此類技術。
         
        9、多焦點成像技術(multiFocusing)
         
        這是一種最新技術在2011年下半年已成功應用于數字相機DSC上,這種多焦點成像技術有個突破性的應用發展,就是讓鏡片在成像點上可以有多點成像,這像的影像實時在抓拍時沒有清晰的錄下或抓下圖像,也可以在事后的影像回放上或抓拍照片上再還原應有的清晰焦距點,這對監控應用上事后的事件舉證有了歷史性突破的意義,但目前尚未被大量引用到監控鏡頭上,相信不久的未來;就會被引用到監控鏡頭技術上??冂R頭的低色散鏡片及非球面鏡片都會應用到此類技術。
         
        鏡頭環境應用
         
        首先來看在夜視時的技術應用與要求,一般日夜兩用攝像機在需要24小時連續監控的道路、機場、港口或學校周界和工廠、住宅大樓、停車場中不休息不斷電的使用,因此對于高畫質的日夜兩用攝像機的成像效果要求也越來越高。日夜兩用攝像機的優勢,是即使在低照度,甚至沒有可見光照明的環境中,仍可運用夜間模式或使用近紅外線燈照射監控對象,觀察到清晰的圖像,并且對監控對象進行識別,但這些都須要一個適合的非球面鏡頭及鏡頭中的紅外線濾光成像技術的配合。如果只用一般的球面無紅線外濾光鏡頭,安裝在日夜兩用攝像機上,在夜間模式時,由于成像焦距無法集中且會產生色差的問題,使得影像產生焦距偏移,無法獲得到清晰的圖像。
         
        為了克服這個問題,使鏡頭能夠適用于日夜兩用型攝像機,需要從可見光區域到近紅外線區域的范圍內,盡量減少色差。對鏡頭而言,焦距越長,色差的補償就越困難;若在可見光區域和近紅外線區域上的色差增大,焦距偏焦也就越明顯。因此必須采用非球面鏡片技術機低色散光學鏡片來抑制這樣的焦距偏移及色差。采用了此非球面鏡片成像技術,就可以進行日夜間的監控模式或白天為彩色圖像夜間為黑白模式的Day/Night切換,也能將焦距偏移問題控制到無形,達到日夜24小時連續監控的應用要求。除此之外,由于IR日夜兩用鏡頭的波長范圍較大,因此須注意透光率帶來的光斑問題,慎重的對鏡頭鍍膜效果做好預先的適用檢視及挑選。
         
        鏡頭技術在攝像機透光口徑的關系應用
         
        監控用鏡頭及攝像機為了滿足夜視低照度的監控需求,很多廠商開始制造靈敏更高的低照度攝像機,并且在Sensor與鏡頭搭配朝向大口徑發展,就是透過降低鏡頭的口徑F值以提高進光量,讓鏡頭可以使攝像機發揮低照度的功能。
         
        但值得一提是鏡頭的F值,是會隨著鏡頭口徑的增加,且是成反比地減小,F值越小,性能越好。而為了得到較大的鏡頭進光量,有時會透過增加鏡頭的口徑r及長度,以得到更小的F值,從而提高鏡頭的性能。這是鏡頭技術上一種普遍的應用。但由于監控攝像機受到設計及應用,還有安裝場所的因素限制,體積日益朝小型化發展,鏡頭本身也跟著必須要更加小巧,這也使得在鏡頭口徑設計上開始朝更加大去設計。更值得注的是要設計出更小的鏡頭F值,勢必要增加補償像差的設計,這是一個鏡頭技術應用上的難點,因為產生像差會讓鏡頭光學性能產生變化變形成像及外型此寸的增加。還好在這部分抑制性能變形及外形尺寸的增加,可以采用非球面透鏡設計來解決,以有效補償像差、實現小型化設計。以目前市面上的各種焦距手動變焦鏡頭,就是因應這種需求而生,目前的鏡頭體積與口徑不斷的加大,F1.0甚至更大都已存在可能。
         
        鏡頭技術在攝像機成像大小的關系應用
         
        監控攝像機角度涵蓋大小與鏡頭成像技術絕對是息息相關的,近來在影像高清化的口號下,監控廣角化也成了監控攝像機架設的考察重點,但這不是攝像機能完全承擔的問題,過去在很多如出入門口、梯間、公交車上、地鐵上及電梯內和銀行柜員機區等狹小場所裝設攝像機,都有無法完全涵蓋所要景物的窘境,往往必須架設更多攝像機,才能達成監控無死角的要求,然而鏡頭的成像技術改良,目前的技術只需用一臺廣角攝像機,就可以覆蓋所有獲監控畫面要求。不過,在追求廣角化的同時,要注意避免隨之而來的問題,例如前鏡片口徑增大后攝像機外型尺寸跟著變大、圖像變形及失真率過高等問題,這些都是鏡頭技術與成像關系上要小心的部分,但還好的是,鏡頭技術相對也在廣角鏡頭加上多重焦距及手動變焦的技術產品上發展來解決這些應用問題。
         
        鏡頭技術在影像高清化的應用
         
        監控在百萬像素鏡頭的需求已是一個既定的事實,不管是用于任何一種行業應用,除了攝像機的影像感光器在往高清影像趨勢前進外。而為能真正了取得清晰細致的高清影像,從200萬到300萬,甚至500萬像素的百萬像素鏡頭都以正式商品化上市應用。但目前仍然存在一個問題,就是對于高倍數變焦鏡頭部分,應用于高速球的部分,由于機芯模塊的伸縮鏡片組是否也兼具有非球面的高透光率鏡片,仍然眾說紛紜,甚至在部分實測下,結果證明百萬高清的高速球在跟同樣條件的高清百畫槍機比較下,其影像清晰度的效果仍然是有明顯差異的。
         
        此外,仿真監控攝像機的分辨率,在960H的芯片問世后,解晰度與辨識率也從過去的540TVL,提升到700TVL。因此鏡頭的高清技術為了配合這些高畫質攝像機的產生也自燃異在技術發展上由原來最大200萬畫素一舉突破發展到500萬像素的技術程度。再者隨著CMOSSensor感光組件的像素的不斷的飆高,使得畫素點Pixel的尺寸也隨之變小,因此鏡頭的畫素轉換力MTF(ModulationTransferFunction);也就是將原攝取光學成像傳送的成為像素的鏡頭分辨率與反差呈現為解晰度能力方面的頻率數值也跟著必須變大,才能解析分辨出更加細微的對應線條TVL(TVLine)。為能有效發揮高畫素的性能,這些鏡頭不僅在畫面中心,甚至是畫面邊緣,也都擁有高分辨率、高對比度。同時,監控鏡頭在成像技術上不僅降低了失真,現在的制造技術還兼具有防震、防撞的堅固結構,以及防止發生誤觸焦距偏移的固定旋鈕等,可以說在技術整體上,監控鏡頭已在結構與應用技術上都比過去鏡頭改良進步不少。
         
        重慶監控高清化已是這幾年來明顯的趨勢,監控應用市場對鏡頭的功能要求及應用需求也越來越高,加上攝像機在高清的發展上一直領先鏡頭的發展,在今年才看到鏡頭在夜視及透霧等新的應用技術上追了上來,也讓監控應用在鏡頭搭配上不再像前二年那樣捉襟見肘,看來這是高清監控之福。
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