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如何判定攝像機鏡頭的通光性
來源:本站  訪問數:2479  發佈時間:2015-07-22 11:29:11

如今越來越多的高清IPC在應用,鏡頭如IPC攝像機的“眼睛”了 ?!把劬Α钡暮脡暮艽蟪潭壬蠜Q定了攝像機性能的高低,直接影響了IPC的質量,廣大客戶對鏡頭是不是百萬、2百萬或者5百萬等清晰度指標更為關注,但對鏡頭通光量了解不足或者不重視。目前市場上往往都是通過攝像機在暗房依靠肉眼來觀察判斷白天時攝像機的亮度和紅外時攝像機的亮度、噪點等指標的效果,少數專業生產商在暗箱中放入照度計來觀察鏡頭通光量對攝像機照度的影響,大多數客戶都是人眼觀察判斷為主,設計人員無法得到鏡頭通光量準確有效的數據來調試攝像機增益、曝光時間、電子快門等參數,隨著人員更替,往往靠肉眼經驗提供的數據也隨之帶走,無法保證企業產品長期穩定的一致性,因此人為觀察判斷存在差異大、一致性差等缺陷。

通光系數定義

眾所周知鏡頭的通光量與相對孔徑有關,相對孔徑大則通光量就大,在不考慮鏡片透過率的情況下是正確的??紤]了鏡片透過率后的鏡頭像面通光量。

隨著百萬鏡頭用的鏡片越來越多(至少要求6片玻璃的組合)、其鍍膜好壞等因素影響,鏡頭本身的透過率高低對通光量影響不容忽視。(如果一個鏡頭有6片12面,不鍍增透膜時每面的透過率為95%,鍍多層膜后透過率為99.5%,那么不鍍膜時鏡頭的總透過率為54%,鍍多層膜后鏡頭的總透過率為94%,是不鍍膜時的1.7倍。)尤其在晚上IR夜視情況,通光量大小直接影響成像質量和監控目標范圍大小。為了準確和真實反映鏡頭的通光量,這里引入“通光系數”概念,它是透過率與相對孔徑平方的乘積,因此在特定的目標或者監控環境下(亮度L一致),通光系數越高則通光量越大(如公式3),測量通光系數的結果更準確反映了鏡頭通光量指標。

測量通光系數

“高效在線式鏡頭參數檢測儀”結合了光學、機械、電子和軟件等四學科技術,利用先進的圖像測量技術、嵌入式智能軟件替代傳統測量人工讀數、計算方式;自動測量、自動顯示、自動記錄、使測量結果更準確,更快捷、更穩定。除了能測量鏡頭通光系數外,還得測量鏡頭焦距、后截距、紅外離焦、F數、入瞳直徑和清晰度等10多項參數值,是一款專業綜合性的鏡頭參數測量儀器,定量檢測鏡頭各項重要指標,為客戶設計開發和檢驗鏡頭、攝像機參數設定提供依據和參考。

通光系數分別測量白光通光系數(針對白天時鏡頭的通光量)和紅外通光系數(針對紅外850nm時通光量)數值,白光和紅外由于鏡片鍍膜方式的不一致,鏡頭總體透過率相差10~40%左右(與鍍膜方式和玻璃鏡片多少有關),最終影響白天和晚上的通光系數結果,因此分為兩種通光系數,更能準確反映每個鏡頭通光量的性能指標。

實測通光系數分析

通過使用“高效在線式鏡頭參數檢測儀”對市場上的定焦和變焦百萬、標清鏡頭實測其白光和紅外通光系數結果,整理、分類和分析如下

從實測結果分析得知:同一個鏡頭由于鍍膜帶寬不一致,影響其不同光譜時的透過率,進而導致鏡頭通光量不一致,紅外通光系數低于白光紅外系數近20%;特別是日夜兩用IR鏡頭,850nm時透過率高低不容忽視.

變焦鏡頭供應商往往都是標注短焦時的F數,但長焦F數一般都沒有說明,實測結果來看,通光系數下降近3倍,同樣的紅外燈,從短焦調到長焦時,圖像亮度將會明顯變暗,因此客戶在使用中關注下變焦鏡頭通光量變化.

從實測結果總結歸納如下:

第一: F數(相對孔徑)是按 規律影響鏡頭通光量,但在相同F數時,鏡頭通光量因透過率不一致而產生差異,因此通光系數更準確反映鏡頭通光量性能指標。

第二: 影響鏡頭透過率主要是鏡頭鍍膜方式和鏡片數量有關,下面是單層和多層鍍膜對鏡頭透過率影響情況;從表(一)數據來看,百萬鏡頭多層鍍膜透過率比單層鍍膜高出15~35%,鏡片越多,兩者差別就越大,因此百萬鏡頭通光量不得不考慮鍍膜的因素。

鏡頭鍍膜透過率分為單層和多層鍍膜,一般而言,單層鍍膜(增透膜為氟化鎂)每個面透過率大約為98%左右,多層鍍膜一般能做得到99.5%以上.

第三:目前百萬IPC攝像機大多數都采用CMOS傳感器,鏡頭在白天通光量很容易滿足,但在晚上紅外燈時,由于CMOS像感光像素面積小,感光效果不如CCD,景深也變小,因此適當相對孔徑大些的鏡頭,同時更要注重紅外通光系數的提升,鏡頭鍍多層寬帶(400~1000nm)膜是比較可行的方案。

如何選擇鏡頭通光系數

隨著百萬CMOS IPC攝像機越來越多應用,目前CMOS的感光面積一般都在2.4~3.75μm遠小于以前標清CCD的5.0~9.8μm,導致CMOS低照度性能遠不如CCD,因此選擇一款合適通光量鏡頭是研發部門需要考慮的事宜。

根據上述原理和“高效在線式鏡頭參數檢測儀”實測的結果分析,鏡頭通光系數更能準確反映鏡頭通光量,因此通光系數測量數據可以作為攝像機廠家工程師設定攝像機的曝光時間(或者電子快門)和增益的參考依據。

1)、攝像機因CMOS/CCD照度等因素不一致,對鏡頭通光量要求也不一樣。每個型號的CMOS/CCD圖像傳感器都需要挑選適合其通光量的鏡頭。另外攝像機應用場合不一致,所用鏡頭的通光量也是有差異的。比如用于運動物體和靜止物體的監視時,同樣一臺攝像機監視運動物體時需要大通光量的鏡頭(攝像機需減少快門時間)。而靜止物體監視時可用攝像機慢快門來加大CMOS/CCD的曝光時間,可選擇通光量小的鏡頭。因此選擇鏡頭通光量時要因攝像機具體情況而定,沒有一個統一的標準,與CMOS/CCD固有性能和應用環境有關。

2)、鏡頭與攝像機現場調校來確定鏡頭的通光系數和F數。日夜紅外攝像機調校是為了保證攝像機在白天工作時圖像不要過曝(在自動電子快門時信號輸出一般在0.7~1.2Vpp),在晚上紅外燈下工作時不能太暗(在自動電子快門時信號輸出≥0.5Vpp)。有條件的工廠可用信號示波器來檢測視頻信號輸出值,沒條件的工廠可以在暗房內觀察圖像亮度和噪點的大小,然后選擇一款適合最佳通光系數的鏡頭。

3)、選擇鏡頭通光系數和F數需要注意的是:并不是通光系數越大越好。大口徑的鏡頭往往分辨率會降低,對比度會下降,同時景深也會變小。光學工廠為了得到較好的分辨率與對比度,需要投入更高成本來研發和生產,價格往往很貴,追求“合適”的通光系數比“大”通光系數更具經濟性。

4)、根據“高效在線式鏡頭參數檢測儀”的實測結果可以總結出目前市場上通常選擇的鏡頭通光系數和F數范圍如下,僅供參考:

普通標清CCD(420~540TVL),板機接口(M12X0.5)定焦鏡頭(如f=3.6mm)選擇通光系數為50~80/F數為F3.0~F2.3;CS接口定焦鏡頭(如f=4mm)選擇通光系數為100~130/F數為F1.8~F2.0;

百萬高清CMOS(像素點2.2~3.75μm) IPC由于其像素點面積比CCD單元(5.0~9.8μm)小很多,因此需要更高的通光系數來滿足其夜視要求??蓞⒖糃CD的通光系數做適當提升。

5)、在IR鏡頭的F數相同時,選擇紅外通光系數大的鏡頭,保證攝像機在晚上有更好的紅外效果。

6)、在成本允許的情況下,盡量選擇鍍多層寬帶膜的鏡頭:鏡頭鍍膜方式影響其透過率、透過率越高則通光系數越大,多層鍍膜比單層鍍膜好,多層寬帶鍍膜比窄帶多層鍍膜好。備注:鍍多層寬帶膜,光學工廠投入成本相對較高。

7)、選擇多層鍍膜另外好處是能夠消除或者減少鏡頭鬼影、眩光和光暈等現象,并且在色彩還原、逼真度、夜視等方面會表現更優秀,讓您的攝像機在市場更具競爭力。

通過“高效在線式鏡頭參數檢測儀”實測通光系數的結果來選擇鏡頭,其性能指標是依據科學測量和類比的結果,比原來依靠肉眼判斷更可靠和準確、更快捷易用,因此希望業界的客戶能重視鏡頭通光系數對攝像機影響。

針對特定的攝像機選擇一款合適的鏡頭,關聯到鏡頭其它參數和指標,是一個綜合、互相制約和平衡的結果,我們的建議就是“合適就是好的理念”,并不是所有指標越高越好。



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