| 淺析監控工程中鏡頭的選用以及安裝要點
由于應用環境各異及認知的缺失，部分工程商不僅在鏡頭選擇上費盡周折，在其安裝施工過程中也遭遇不少棘手的難題。本文即以筆者經驗，就鏡頭在監控系統工程上的應用心得與業界同仁探討與分享。
鏡頭(Lens)是攝像機的眼睛，其性能的優劣直接關系到攝像機成像畫面是否清晰。因而若要實現攝像機的效能最大化，除了攝像機自身攝像組件與電路設計優良外，還需為其選配一款適當的鏡頭。鏡頭是由一組或多組光學玻璃鏡片所組成，其透過機械的結構以光學原理形成物像。不同的鏡片組合，成像距離也各有長短。為滿足用戶對不同視覺距離與角度范圍的需求，廠商相應產出不同類型的監控攝像機鏡頭。然而由于鏡頭應用環境各異及對其認知的缺失，部分工程商不僅在鏡頭選擇上費盡周折，在其安裝施工過程中也遭遇不少棘手的難題。本文即以筆者經驗，就鏡頭在監控系統工程上的應用心得與業界同仁探討與分享。
監控攝像機鏡頭應用類型
因鏡頭的重要性，在進行監控工程設計規劃前，只有先摸清鏡頭的類型及其應用方式，并了解其搭配應用的特性，才能發揮鏡頭最佳成像。以目前國內分類方式來說，鏡頭大致可以分為如下十種類型。
·固定光圈鏡頭：定焦且固定光圈，主要用于環境光線固定的場所;
·手動光圈鏡頭：定焦但光圈可調，主要用于環境光線固定但明暗不定的場所;
·自動光圈鏡頭(DC-drive)：固定焦距，使用DC電壓驅動用于環境光線變化性的固定范圍場所;
·自動光圈鏡頭(Video-drive)：固定焦距，使用視頻信號驅動用于環境光線變
化性的固定范圍場所;
·手動光圈變焦鏡頭：主要用于室內環境光線程度不定且范圍大小不一的場所;
·自動光圈變焦鏡頭：主要用于室外環境光線程度不定且范圍大小不一的場所;
·板機鏡頭(on-Board)：以搭配紅外線攝像機為主，室內外均適用;
·魚眼全景鏡頭：主要用于室內環境光線程度不定且范圍大小特定的場所;
·電動變焦鏡頭：可遙控焦距景深及光圈，主要用于室內外環境光線程度不定而且景深范圍大小可依要求調整的場所;
·針孔鏡頭(Pin-Hole):主要用于隱匿監控及環境光線不定且范圍特定的場所。
由以上鏡頭分類可看出，各類鏡頭的區別主要在其用途及應用環境需求上。因此在實際應用上，如何完美地搭配鏡頭，對工程商來說也是一大考驗。
鏡頭選型與視頻畫質關系
無論何種監控工程的應用中，視頻畫質效果皆是考核鏡頭優劣的核心因素。好的攝像機如果配上不好的鏡頭，就不能得到高質量的監控畫面。同理，如果好的鏡頭卻配上不好的攝像機，那也不會有好的視頻畫面呈現。高質量鏡頭不但在成像清晰度、對比度及亮度、色彩還原度具備尚佳表現，而且畫面畸變率變形小。在與攝像機搭配上，鏡頭選型應考慮的因素包含下列幾項。
·F值越小表示光通量越高。如果攝像機自身設有的照度計對通光量F值有一定要求，那么工程人員就更需要意識到鏡頭的光通量一定要大于攝像機的通光量，如攝像機是F1.4，則至少要選用F1.4或F1.2的鏡頭才能與之匹配;
·鏡頭座的匹配。也就是C與CSMount必須相互匹配。當然，在目前大部分采用5mm配接環下此問題不大，不過在安裝環節故障層出不窮(該部分將在安裝章節上向讀者說明);
·光圈范圍大，即f值由小到大的數值范圍越大越好，由此能使搭配的攝像機對環境光線條件的適應足夠應付任何光照條件變化;
·鏡片鍍膜要均勻。目前質量較高的鏡片的鍍膜都是多層復合型鍍膜。復合型鍍膜可有效地抑制逆光及光線散射，以使攝像機避開光線造成的畫面不良影響;
·非球面的鏡頭搭配應用，無論百萬還是非百萬攝像機應用，搭配非球面鏡對攝像機畫面光線的整體平均度皆有很大改善。因為非球的鏡頭，在清晰度、對比度、畫面亮度上較之球面鏡頭皆有較好的效果;
·最好選用有焦距、景深或光圈都有固定鎖定的調節螺絲。因為鏡頭應用在各種不同環境及固定條件下，如果有此裝置可以避免已調節好的畫面因攝像機震動而發生畫質變動;
·選用與鏡頭安裝方便及大小結構適合的攝像機，過大或過小的鏡頭都會給攝像機安裝調整或施工上帶來不便，尤其是結構較為復雜的鏡頭更需謹慎采用;
·紅外線鏡頭的選用不是絕對的，在(Day&Night)日夜型攝像機與(Low-Light)低照度攝像機匹配上要慎之又慎。而ICR(彩轉黑)攝像機對IR鏡頭沒有偏好，相反，在黑白條件下，IR鏡頭反而可能是一種過度的功能浪費;
·透過攝像機對紅外線波場的感應范圍來選擇(LD低散射光學鏡片)鏡頭。一般IR的紅外線感應波長約是在300-750nm范圍，但如果存在透霧的需求，那么攝像機及鏡頭在紅外線感應波長上都必須要達到700-950nm的范圍，因為只有波長達到該范圍，才能發揮透霧的功效;
·鏡頭在攝像機的搭配上還必須注意口徑上的搭配，過去單純的1/2、1/3及1/4英寸口徑已經不是定律，隨著CMOS感光芯片的發展，越來越多的大小取像口徑尺寸出現，鏡頭的搭配口徑大于攝像機的口徑這一原則依舊不變，然而該原則在工程中也時有造成錯誤的選型應用。
對于工程人員來說，以上所述的鏡頭在與攝像機搭配選型時的數項重要參考因素內容至關重要。同樣，在鏡頭工程施工安裝上常常出現的問題與錯誤施作亦不容小視。
鏡頭安裝與施工常見問題
鏡頭施工與安裝技藝并非高深莫測，然而在施工過程中，由于種種原因，鏡頭施工安裝錯誤屢見不鮮，以致鏡頭結構或電路受損。那么，這些常見問題主要包含哪些呢?
鏡頭配接環組裝順序錯誤
鏡頭配接環組裝順序是工程人員在鏡頭安裝上的最大盲點，由此帶來的直接后果是鏡頭損壞。由于C與CS配接環在鏡頭安裝上時有應用，而眾多工程人員往往先把配接環與攝像機先組合鎖緊，爾后再將鏡頭鎖入配接環上，而部分鏡頭在設計上會以一種滑動結構配合攝像機背焦(BackFocus) 的調整或是攝像機上松脫螺絲的機械背焦調整，這些調整下需要鏡頭能在配接環上轉動或與配接環一起傳動才能獲得最佳焦距清晰點。但因為工程人員組裝時出現排序錯誤，使得配接環死鎖在鏡頭一側。如此一來，在缺少自動背焦(ABF)功能情形下，松脫配接環，不但無法合理調整背焦，甚至出現因使力不當造成鏡頭螺牙磨損或鏡頭上塑料材質的螺牙座扭斷。
鏡頭組裝未帶手套致使鍍膜損壞
在鏡頭組裝過程中，工程人員最常發生的施工故障即是未帶手套或保護致使鍍膜損壞。部分工程人員由于缺乏保護鏡頭(裝上鏡頭保護蓋進行安裝)及施工時對精密設備或光學部件有保護及謹慎施作的意識，因而在鏡頭組裝好時經常發現鏡片面上殘留有自己的指紋或其它污垢。經驗老道的工程人員會取來適當的二氧化氯及拭鏡布或鹿皮進行擦拭，然仍然有部分人員出于簡便，選擇用衣服一抹或用不當的紙巾擦拭，其不但對鏡頭鏡片表面鍍膜產生破壞，而且也傷及視頻畫面及鏡頭“元氣”。
鏡頭裝于保護罩中未適當留下窗口間距
安裝電動鏡頭時，最容易被疏忽的是鏡頭裝于保護罩中未適當留下窗口間距。工程人員在施工后做景深或焦距調整時，有時會發現，畫面居然可看到攝像機或鏡頭本身在保護罩上反射的圖像。此時即便通過操作景深(ZOOM)或調整焦距(FOCUS)仍無法改變畫面扭動。經驗不足的工程師會誤以為攝像機自身沒有調整好，然實為鏡頭在保護罩內安裝錯誤間距所致。
鏡頭在無適當保護下進行組裝
在鏡頭組裝過程中，大部分工程人員都會小心翼翼地組裝鏡頭。鏡頭價格不菲，稍有不慎造成鏡頭損壞，難逃其咎。然而，部分工程人員在組裝攝像機與鏡頭時疏于保護，甚至選擇在現場位置上進行。在缺少保護軟墊等其他防范措施情形下，極易造成鏡頭外表損壞、內部光圈快門頁片受損或風沙附著在鏡片上。
鏡頭組裝自動光圈連接線路焊接錯誤
在鏡頭廠家的努力下，大多類型鏡頭已實現預置線路及接頭的處理，如此一來，類似線路焊接錯誤造成的鏡頭伺服馬達燒毀不復存在。然而部分電動鏡頭由于供貨或現場保護罩配合上存在一定瑕疵，因而工程人員仍需了解并熟練這些接線與細微電路焊接技術。筆者曾發現，在一個工程中出現所有鏡頭的自動光圈驅動線路接頭焊接短路的事故，這給工程施作帶來莫大損失及成本消耗，身為工程商不得不預防此類問題發生。
鏡頭的目標攝像推算方式
鏡頭取像成像的公式及推算方式很多，下面介紹說明其中一種相對簡易的方式。當然方式公式都不盡相同，以下僅供參考。
焦距的計算
1、公式計算法：視界大小和焦距的計算。視界大小是指被攝像物體的大小，視界的大小則是以鏡頭至被攝像物體距離，鏡頭焦距及所要看到的成像大小確定的。
2、鏡頭的焦距視界大小及鏡頭到被攝像物體的距離的計算如下。
基本公式：f=wL/W另一反推`f=hL/H;
其中f：鏡頭焦距(mm);
小寫w：影像的寬度(被攝像體在攝像機CCD上成像的寬度mm);
大寫W：被攝像體的實體寬度;
L：被攝像體到攝像機鏡頭的距離;
小寫h：影像高度(被攝像體在攝像機CCD上成像高度);
視界高度(可看到的攝取場景);
H：被攝物體的高度;
CCD規格尺寸：單位mm規格。
鏡頭的工程應用發展趨勢
在監控系統發展衍進過程中，攝像機鏡頭應用也在不斷向前推進，其技術演變大致包含以下部分。
首先是P-Iris。先前如果鏡頭要光圈大，容易產生淺景深效應使得整個監控畫面背景變模糊，景深清晰與光圈范圍很大兩者不可兼得，因此才有了這種P-Iris光圈控制型式產生，但這種方式不是每一家攝像機及鏡頭廠商都可以在攝像機內做到或鏡頭上電路做到，因此還有很多的爭議，只是它可以改善景深背景與光圈大小的問題，這是鏡頭發展的一大趨勢;其次，高清鏡頭占有率大幅提升但不會壟斷，高清雖然已成為監控攝像機發展的潮流，但要大規模的高清攝像機及鏡頭應用仍需時日;最后則是國內自有CCTV鏡頭品牌漸成工程應用主流。與國際品牌相比，國內鏡頭產品不論質量還是價格上都在日趨貼近，中國的光學行業發展雖則晚于日韓諸國，然而在光學加工業中，中國鏡頭企業并不疏于國外競爭對手，在某些環節甚至強于國際廠商。 |
