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      解析高清時代鏡頭設計的關鍵

      Date:2014-04-11 11:05:50

           步入高清時代,行業對于鏡頭的要求也越來越高。順應時代發展,業界也在不斷改進新的設計及制作工藝,以滿足不同領域的應用需求。為您解析高清時代關于鏡頭設計的幾個關鍵問題。

      其一、鏡頭采用ED鏡片是關鍵
         常用的監控市場,我們更多地采用的是定焦或者手動變焦鏡頭,因為監控距離較近,一般采用的鏡頭焦距在50mm以內。這種場景對鏡頭的防色散性能幾乎沒有要求。但一旦采用了電動變焦鏡頭來對較遠目標的監控,色散問題就凸顯出來(色散是可見光中的各種波長的光經過鏡頭折射后會出現焦點偏移,表現在圖像上就是物體邊緣有藍色或者紅色的色條)。

         原來在模擬監控系統,由于像元尺寸較大,色散的問題不是很突出,只有在配置300mm焦距以上的情況下才會表現出來。而進入高清時代,在常用的120mm焦距段的電動變焦鏡頭,已經比較明顯的可以看到這個問題。這就在材質和鍍膜精度上對鏡頭有了更高的要求。配合的攝像機清晰度越高,鏡片材質對成像效果的影響越發明顯。例如KOWA的高清電動變焦鏡頭,就是采用了大量的ED鏡片。在長焦距遠距離監控時,可以為攝像機提供清晰的畫面效果。

      其二、大口徑設計是關鍵
         那么是不是采用ED鏡片的鏡頭就能完全解決遠距離監控的問題呢?通常我們把720p以上清晰度輸出的圖像成為高清圖像。而根據市場的自由選擇,大多采用的是1080p的輸出格式。在遠距離監控領域,用戶希望用高清監控系統來提高畫面的像素,進而更加清晰的觀看遠距離目標。

         而根據我們實際經驗,采用高清系統觀看,非但沒有使得畫面清晰度提成,反而畫面的色彩還原能力、清晰度均大幅衰減,輸出圖像的清晰度比D1畫質還要差,甚至還不如模擬攝像機。在焦距拉長時,畫面變成了黑白畫面,清晰度嚴重下降,圖像效果比相同鏡頭配合日立超低照度攝像機的效果還要差。

         出現這種情況其實并不難理解。我們現在采用的高清攝像機大多采用的是CMOS芯片,照度性能只能達到0.5Lux。而長焦鏡頭在焦距變化的過程中,光通量也會隨之變化,焦距越長,光通量越差。當焦距拉長到最大值時,光通量減到最弱。雖然是白天,但對于攝像機來說,相當于面前被遮擋,只留了很小的孔透過光。在這種情況下,普通高清攝像機就會因為照度不夠出現畫面質量衰減。解決這種問題可以從兩方面入手:

         1、采用針對遠距離監控設計的高清攝像機,例如日立公司最新推出的KP-HD1005高清SDI攝像機,這種攝像機除了最低照度做到0.3Lux的同時,還針對遠距離監控領域加入了針對色彩還原和低照度圖像增強技術。使得在光通量下降時也能得到清晰的畫面。

         2、提高焦距拉長時鏡頭的光通量。鏡頭一旦生產出來,光通量的范圍即確定下來,不可更改。因此我們必須在選擇鏡頭時挑選那些長焦距時光通量性能較好的產品。根據鏡頭的光學關系,F(光通量的反比)=f(焦距)/D(鏡頭前有效口徑)。F值是光通量反比,這個值越小,光通量性能越好。那么在f相同的情況下,選擇有效口徑越大的鏡頭,得到的畫面效果越好。KOWA的鏡頭設計均采用大口徑設計,例如全新設計的750mm的200萬像素高清鏡頭,就是采用了104mm的超大前有效口徑。在同類產品中,可以給攝像機提供更加優秀的通光量性能。

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