高清監(jiān)控鏡頭四大技術(shù)及發(fā)展趨勢
2015年,安防監(jiān)控行業(yè)依舊迅猛發(fā)展,視頻監(jiān)控高清化的步伐越走越深,同時(shí)高清化也促進(jìn)了視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化、智能化,加快高清監(jiān)控大時(shí)代的進(jìn)程。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/368377.htm在高清化普及之前,監(jiān)控設(shè)備用戶常常會碰到這樣的情況,在辦案取證或收集線索時(shí),現(xiàn)場是有監(jiān)控?cái)z像機(jī)的,但查看錄像后發(fā)現(xiàn)錄像畫面很差,人物模糊不清,充滿雪花噪點(diǎn),晚上更是漆黑一片,很難提取到有價(jià)值的信息,這些錄像甚至被戲稱為“俄羅斯方塊組成的印象油畫”。
一、監(jiān)控鏡頭發(fā)展現(xiàn)狀
近些年,隨著安防技術(shù)推陳出新,高清技術(shù)開始廣泛應(yīng)用,高清攝像機(jī)也逐步取代標(biāo)清攝像機(jī),成為市場主流。高清攝像機(jī)能為用戶提供更好的畫質(zhì),更多的細(xì)節(jié)信息,減少了“俄羅斯方塊組成的印象油畫”笑劇。攝像機(jī)的高清效果,不僅僅是依靠更高像素的感光器件、更好的ISP技術(shù)、更高效的存儲技術(shù),高清鏡頭也是關(guān)鍵技術(shù),沒有匹配的高清鏡頭,高清攝像機(jī)也不能發(fā)揮出應(yīng)有的高清效果。
高清鏡頭,也稱超百萬像素鏡頭,與普通鏡頭相比具有清晰度高、光譜透射能力強(qiáng)、做工更精密等優(yōu)勢。一般選取鏡頭成像圈中心及0.7視場的解像力作為評判鏡頭清晰度的標(biāo)準(zhǔn),成像圈中心和0.7視場都能達(dá)到1000TVLine以上,才稱之為高清鏡頭。
2010年起,高清鏡頭保持平均每年10%以上增長速度,目前國內(nèi)CCTV高清鏡頭市場主要品牌有??低?/em>、鳳凰光學(xué)、福建福光、廈門力鼎等國產(chǎn)品牌,以及富士能、騰龍、computar、賓得等日系品牌。由于國內(nèi)光學(xué)技術(shù)迅速進(jìn)步和安防鏡頭的國產(chǎn)化趨勢,以
圖1 ??低暩咔彗R頭
二、四大核心技術(shù)
鏡頭本身是高精密光學(xué)器件,高清鏡頭尤其如此。高清鏡頭之所以具備較佳的高清性能,離不開其采用的關(guān)鍵技術(shù):
1. 超精密模造非球面技術(shù)
傳統(tǒng)的球面技術(shù)發(fā)展到今天,其設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝都已相當(dāng)成熟,在光學(xué)行業(yè)的幾乎所有領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而在設(shè)計(jì)復(fù)雜高清鏡頭時(shí),球面技術(shù)的成像效果無法達(dá)到最佳。非球面技術(shù)可以校正球面像差,大幅度提高鏡頭的成像質(zhì)量。非球面鏡片形狀是通過精確計(jì)算并由精密機(jī)器模造而成,一片非球面鏡片就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)球面鏡片校正像差的效果。采用超精密模造非球面鏡片的鏡頭可以有效地減小鏡頭體積的同時(shí),使得鏡頭的成像更清晰,透光度更好,色彩還原更加準(zhǔn)確。
圖2 非球面技術(shù)
2. 多層寬帶增透鍍膜技術(shù)
多層寬帶增透鍍膜技術(shù),能最大程度地提高鏡頭的光線透過率,降低光線在每個(gè)光學(xué)鏡片表面的殘余反射。該技術(shù)可以將玻璃和空氣界面的可見光反射率抑制到0.5%以內(nèi),同時(shí)將近紅外光的反射率降至約1%,如圖3所示。通過高質(zhì)量的鍍膜,減少了圖像上不必要的雜散光和鬼像,有效提高畫面的通透性,亦保證了可靠的高清效果。
圖3 普通單層增透鍍膜和多層寬帶增透鍍膜對比
3. 超低色散材料技術(shù)
普通監(jiān)控鏡頭,在設(shè)計(jì)上也會考慮校正不同波長光線(紅、綠、藍(lán))的像差,但通常是將兩頭的紅、藍(lán)兩種色光的聚焦同一位置上,但和中間的綠光焦點(diǎn)仍然不重合,即存在二級光譜的像差,限制鏡頭成像質(zhì)量進(jìn)一步提升。為了校正二級光譜,如海康威視監(jiān)控高清系列鏡頭,廣泛使用了超低色散的光學(xué)玻璃材料,利用其不同于常規(guī)光學(xué)玻璃的色散特性,可以將紅、綠、藍(lán)等色光聚焦到同一個(gè)平面上,如圖4所示,鏡頭高清性能更優(yōu)。
圖4超低色散玻璃校正二級光譜
4. 精密變焦凸輪設(shè)計(jì)技術(shù)
對于高清變焦鏡頭而言,其成像質(zhì)量在很大程度上取決于變焦凸輪的精度。通過凸輪的旋轉(zhuǎn),帶動變焦和聚焦組鏡片前后移動,從而實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)變化和聚焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)。如果凸輪的精度不佳,則在變焦和聚焦的過程中,不可避免的會出現(xiàn)透鏡光軸的偏移或者傾斜,導(dǎo)致成像質(zhì)量的嚴(yán)重下降。海康威視高清系列監(jiān)控鏡頭,采用精密變焦凸輪設(shè)計(jì)技術(shù),能保證良好的凸輪制造精度,確保變焦和聚焦過程中的成像質(zhì)量,同時(shí)也保證了順滑而不失阻尼感的調(diào)節(jié)手感。
圖5海康威視高清鏡頭使用的變焦凸輪
三、發(fā)展趨勢
最近兩年,隨著高清攝像機(jī)在安防監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,帶動高清監(jiān)控鏡頭技術(shù)也緊跟著攝像機(jī)的步伐,不斷升級,出現(xiàn)了4K超高清、超大光圈等新技術(shù)。
1. 4K超高清技術(shù)
在去年北京安防展上,很多安防廠家紛紛展出了4K超高清攝像機(jī)。4K超高清技術(shù)出現(xiàn)之前,主流高清監(jiān)控鏡頭像素為六百萬以內(nèi)。4K超高清技術(shù)的出現(xiàn),對鏡頭的解像力提出了更高的要求,4K鏡頭的設(shè)計(jì)、制造難度都會增大許多,即使日系鏡頭廠商,目前也只有寥寥幾家推出了4K鏡頭。??低曈?014年10月發(fā)布了一款大靶面(1/1.7英寸)4K超高清鏡頭,這款鏡頭支持1200萬像素,能提供超高清的圖像細(xì)節(jié)的同時(shí),具備165度超廣視角,很適合于廣場、道路等場景的監(jiān)控需求。
圖6 4K超高清鏡頭拍攝效果
2. 超大光圈技術(shù)
隨著安防監(jiān)控日趨高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,攝像機(jī)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛,很多監(jiān)控條件差、光線昏暗的地方也要求安裝功能多樣的攝像機(jī),尤其是低照度高清攝像機(jī),以滿足全天候24小時(shí)監(jiān)控的需求。對于夜晚等低照度環(huán)境,如果攝像機(jī)采集光線不夠,會造成畫面很暗的情況,影響清晰度。攝像機(jī)低照度性能的提升,超大光圈鏡頭是關(guān)鍵技術(shù)之一。海康威視于2014年11月發(fā)布一款恒定超大光圈變焦鏡頭!
圖7 海康威視HV0733D-6MP鏡頭
這款鏡頭僅從參數(shù)來看,就足夠震撼,至少是目前日系品牌鏡頭也找不到的。首先這款鏡頭采用超大光圈技術(shù),光圈F數(shù)達(dá)到0.95,與光圈 F1.5的普通鏡頭相比,在相同焦距下拍攝低照度場景,這款鏡頭的圖像亮度要高很多。同時(shí)此款鏡頭采用恒定光圈技術(shù),在全焦段任意焦距下使用時(shí),鏡頭的最大光圈值都是0.95。在夜間等較暗的環(huán)境下,恒定超大光圈技術(shù)讓監(jiān)控畫面更亮,從而保證了夜間監(jiān)控的高清化。
日系鏡頭,F(xiàn)1.5海康威視HV0733D-6MP鏡頭,F(xiàn)0.95
圖8 低照度效果對比
四、結(jié)語
高清化已是視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的必然趨勢,高清設(shè)備也是各大安防廠商逐鹿市場的必備武器。作為在成像過程中起到關(guān)鍵作用的鏡頭,自然是高清化步伐的排頭兵。在高清化的大潮中,已有的鏡頭設(shè)計(jì)、制造技術(shù)會不斷成熟和普及,新的技術(shù)如文中介紹的4K超高清技術(shù)、超大光圈技術(shù),也會不斷進(jìn)步和應(yīng)用,也進(jìn)而加速鏡頭的高清化步伐。
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