镜头设计的关键问题

秋水伊人

一、镜头采用ED镜片是关键
    常用的监控市场，我们更多地采用的是定焦或者手动变焦镜头，因为监控距离较近，一般采用的镜头焦距在50mm以内。这种场景对镜头的防色散性能几乎没有要求。但一旦采用了电动变焦镜头来对较远目标的监控，色散问题就凸显出来(色散是可见光中的各种波长的光经过镜头折射后会出现焦点偏移，表现在图像上就是物体边缘有蓝色或者红色的色条)。
    原来在模拟监控系统，由于像元尺寸较大，色散的问题不是很突出，只有在配置300mm焦距以上的情况下才会表现出来。而进入高清时代，在常用的120mm焦距段的电动变焦镜头，已经比较明显的可以看到这个问题。这就在材质和镀膜精度上对镜头有了更高的要求。配合的摄像机清晰度越高，镜片材质对成像效果的影响越发明显。

二、大口径设计是关键
    那么是不是采用ED镜片的镜头就能完全解决远距离监控的问题呢?通常我们把720p以上清晰度输出的图像成为高清图像。而根据市场的自由选择，大多采用的是1080p的输出格式。在远距离监控领域，用户希望用高清监控系统来提高画面的像素，进而更加清晰的观看远距离目标。
    而根据我们实际经验，采用高清系统观看，非但没有使得画面清晰度提成，反而画面的色彩还原能力、清晰度均大幅衰减，输出图像的清晰度比D1画质还要差，甚至还不如模拟摄像机。在焦距拉长时，画面变成了黑白画面，清晰度严重下降，图像效果比相同镜头配合日立超低照度摄像机的效果还要差。
    出现这种情况其实并不难理解。我们现在采用的高清摄像机大多采用的是CMOS芯片，照度性能只能达到0.5Lux。而长焦镜头在焦距变化的过程中，光通量也会随之变化，焦距越长，光通量越差。当焦距拉长到最大值时，光通量减到最弱。虽然是白天，但对于摄像机来说，相当于面前被遮挡，只留了很小的孔透过光。在这种情况下，普通高清摄像机就会因为照度不够出现画面质量衰减。解决这种问题可以从两方面入手：
    1、采用针对远距离监控设计的高清摄像机，例如最新推出的KP-HD1005高清SDI摄像机，这种摄像机除了最低照度做到0.3Lux的同时，还针对远距离监控领域加入了针对色彩还原和低照度图像增强技术。使得在光通量下降时也能得到清晰的画面。
    2、提高焦距拉长时镜头的光通量。镜头一旦生产出来，光通量的范围即确定下来，不可更改。因此我们必须在选择镜头时挑选那些长焦距时光通量性能较好的产品。根据镜头的光学关系，F(光通量的反比)=f(焦距)/D(镜头前有效口径)。F值是光通量反比，这个值越小，光通量性能越好。那么在f相同的情况下，选择有效口径越大的镜头，得到的画面效果越好。