1、 概述

　　如今越來(lái)越多的高清IPC在應(yīng)用，鏡頭如IPC攝像機(jī)的“眼睛”了 。“眼睛”的好壞很大程度上決定了攝像機(jī)性能的高低，直接影響了IPC的質(zhì)量，廣大客戶對(duì)鏡頭是不是百萬(wàn)、2百萬(wàn)或者5百萬(wàn)等清晰度指標(biāo)更為關(guān)注，但對(duì)鏡頭通光量了解不足或者不重視。目前市場(chǎng)上往往都是通過(guò)攝像機(jī)在暗房依靠肉眼來(lái)觀察判斷白天時(shí)攝像機(jī)的亮度和紅外時(shí)攝像機(jī)的亮度、噪點(diǎn)等指標(biāo)的效果，少數(shù)專業(yè)生產(chǎn)商在暗箱中放入照度計(jì)來(lái)觀察鏡頭通光量對(duì)攝像機(jī)照度的影響，大多數(shù)客戶都是人眼觀察判斷為主，設(shè)計(jì)人員無(wú)法得到鏡頭通光量準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)試攝像機(jī)增益、曝光時(shí)間、電子快門等參數(shù)，隨著人員更替，往往靠肉眼經(jīng)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)也隨之帶走，無(wú)法保證企業(yè)產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)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。

　　2、 通光系數(shù)定義

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

　　隨著百萬(wàn)鏡頭用的鏡片越來(lái)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(guò)率高低對(duì)通光量影響不容忽視。(如果一個(gè)鏡頭有6片12面，不鍍?cè)鐾改r(shí)每面的透過(guò)率為95%，鍍多層膜后透過(guò)率為99.5%，那么不鍍膜時(shí)鏡頭的總透過(guò)率為54%，鍍多層膜后鏡頭的總透過(guò)率為94%，是不鍍膜時(shí)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(zhì)量和監(jiān)控目標(biāo)范圍大小。為了準(zhǔn)確和真實(shí)反映鏡頭的通光量，這里引入“通光系數(shù)”概念，它是透過(guò)率與相對(duì)孔徑平方的乘積，因此在特定的目標(biāo)或者監(jiān)控環(huán)境下(亮度L一致)，通光系數(shù)越高則通光量越大(如公式3)，測(cè)量通光系數(shù)的結(jié)果更準(zhǔn)確反映了鏡頭通光量指標(biāo)。

　　3、 測(cè)量通光系數(shù)

　　“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測(cè)儀”結(jié)合了光學(xué)、機(jī)械、電子和軟件等四學(xué)科技術(shù)，利用先進(jìn)的圖像測(cè)量技術(shù)、嵌入式智能軟件替代傳統(tǒng)測(cè)量人工讀數(shù)、計(jì)算方式；自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄、使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，更快捷、更穩(wěn)定。除了能測(cè)量鏡頭通光系數(shù)外，還得測(cè)量鏡頭焦距、后截距、紅外離焦、F數(shù)、入瞳直徑和清晰度等10多項(xiàng)參數(shù)值，是一款專業(yè)綜合性的鏡頭參數(shù)測(cè)量?jī)x器，定量檢測(cè)鏡頭各項(xiàng)重要指標(biāo)，為客戶設(shè)計(jì)開發(fā)和檢驗(yàn)鏡頭、攝像機(jī)參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)和參考。

　　通光系數(shù)分別測(cè)量白光通光系數(shù)(針對(duì)白天時(shí)鏡頭的通光量)和紅外通光系數(shù)(針對(duì)紅外850nm時(shí)通光量)數(shù)值，白光和紅外由于鏡片鍍膜方式的不一致，鏡頭總體透過(guò)率相差10～40%左右(與鍍膜方式和玻璃鏡片多少有關(guān))，最終影響白天和晚上的通光系數(shù)結(jié)果，因此分為兩種通光系數(shù)，更能準(zhǔn)確反映每個(gè)鏡頭通光量的性能指標(biāo)。

　　4、 實(shí)測(cè)通光系數(shù)分析

　　通過(guò)使用“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測(cè)儀”對(duì)市場(chǎng)上的定焦和變焦百萬(wàn)、標(biāo)清鏡頭實(shí)測(cè)其白光和紅外通光系數(shù)結(jié)果，整理、分類和分析如下

　　從實(shí)測(cè)結(jié)果分析得知：同一個(gè)鏡頭由于鍍膜帶寬不一致，影響其不同光譜時(shí)的透過(guò)率，進(jìn)而導(dǎo)致鏡頭通光量不一致，紅外通光系數(shù)低于白光紅外系數(shù)近20%；特別是日夜兩用IR鏡頭，850nm時(shí)透過(guò)率高低不容忽視.

　　變焦鏡頭供應(yīng)商往往都是標(biāo)注短焦時(shí)的F數(shù)，但長(zhǎng)焦F數(shù)一般都沒(méi)有說(shuō)明，實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，通光系數(shù)下降近3倍，同樣的紅外燈，從短焦調(diào)到長(zhǎng)焦時(shí)，圖像亮度將會(huì)明顯變暗，因此客戶在使用中關(guān)注下變焦鏡頭通光量變化.

　　從實(shí)測(cè)結(jié)果總結(jié)歸納如下：

　　第一： F數(shù)(相對(duì)孔徑)是按 規(guī)律影響鏡頭通光量，但在相同F(xiàn)數(shù)時(shí)，鏡頭通光量因透過(guò)率不一致而產(chǎn)生差異，因此通光系數(shù)更準(zhǔn)確反映鏡頭通光量性能指標(biāo)。

　　第二： 影響鏡頭透過(guò)率主要是鏡頭鍍膜方式和鏡片數(shù)量有關(guān)，下面是單層和多層鍍膜對(duì)鏡頭透過(guò)率影響情況；從表(一)數(shù)據(jù)來(lái)看，百萬(wàn)鏡頭多層鍍膜透過(guò)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(wàn)鏡頭通光量不得不考慮鍍膜的因素。

　　鏡頭鍍膜透過(guò)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(gè)面透過(guò)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(wàn)IPC攝像機(jī)大多數(shù)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(shí)，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(dāng)相對(duì)孔徑大些的鏡頭，同時(shí)更要注重紅外通光系數(shù)的提升，鏡頭鍍多層寬帶(400~1000nm)膜是比較可行的方案。

　　5、 如何選擇鏡頭通光系數(shù)

　　隨著百萬(wàn)CMOS IPC攝像機(jī)越來(lái)越多應(yīng)用，目前CMOS的感光面積一般都在2.4～3.75μm遠(yuǎn)小于以前標(biāo)清CCD的5.0～9.8μm，導(dǎo)致CMOS低照度性能遠(yuǎn)不如CCD，因此選擇一款合適通光量鏡頭是研發(fā)部門需要考慮的事宜。

　　根據(jù)上述原理和“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測(cè)儀”實(shí)測(cè)的結(jié)果分析，鏡頭通光系數(shù)更能準(zhǔn)確反映鏡頭通光量，因此通光系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)可以作為攝像機(jī)廠家工程師設(shè)定攝像機(jī)的曝光時(shí)間(或者電子快門)和增益的參考依據(jù)。

　　1)、攝像機(jī)因CMOS/CCD照度等因素不一致，對(duì)鏡頭通光量要求也不一樣。每個(gè)型號(hào)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(jī)應(yīng)用場(chǎng)合不一致，所用鏡頭的通光量也是有差異的。比如用于運(yùn)動(dòng)物體和靜止物體的監(jiān)視時(shí)，同樣一臺(tái)攝像機(jī)監(jiān)視運(yùn)動(dòng)物體時(shí)需要大通光量的鏡頭(攝像機(jī)需減少快門時(shí)間)。而靜止物體監(jiān)視時(shí)可用攝像機(jī)慢快門來(lái)加大CMOS/CCD的曝光時(shí)間，可選擇通光量小的鏡頭。因此選擇鏡頭通光量時(shí)要因攝像機(jī)具體情況而定，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，與CMOS/CCD固有性能和應(yīng)用環(huán)境有關(guān)。

　　2)、鏡頭與攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校來(lái)確定鏡頭的通光系數(shù)和F數(shù)。日夜紅外攝像機(jī)調(diào)校是為了保證攝像機(jī)在白天工作時(shí)圖像不要過(guò)曝(在自動(dòng)電子快門時(shí)信號(hào)輸出一般在0.7～1.2Vpp)，在晚上紅外燈下工作時(shí)不能太暗(在自動(dòng)電子快門時(shí)信號(hào)輸出≥0.5Vpp)。有條件的工廠可用信號(hào)示波器來(lái)檢測(cè)視頻信號(hào)輸出值，沒(méi)條件的工廠可以在暗房?jī)?nèi)觀察圖像亮度和噪點(diǎn)的大小，然后選擇一款適合最佳通光系數(shù)的鏡頭。

　　3)、選擇鏡頭通光系數(shù)和F數(shù)需要注意的是：并不是通光系數(shù)越大越好。大口徑的鏡頭往往分辨率會(huì)降低，對(duì)比度會(huì)下降，同時(shí)景深也會(huì)變小。光學(xué)工廠為了得到較好的分辨率與對(duì)比度，需要投入更高成本來(lái)研發(fā)和生產(chǎn)，價(jià)格往往很貴，追求“合適”的通光系數(shù)比“大”通光系數(shù)更具經(jīng)濟(jì)性。

　　4)、根據(jù)“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測(cè)儀”的實(shí)測(cè)結(jié)果可以總結(jié)出目前市場(chǎng)上通常選擇的鏡頭通光系數(shù)和F數(shù)范圍如下，僅供參考：

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

　　● 百萬(wàn)高清CMOS(像素點(diǎn)2.2～3.75μm) IPC由于其像素點(diǎn)面積比CCD單元(5.0～9.8μm)小很多，因此需要更高的通光系數(shù)來(lái)滿足其夜視要求?？蓞⒖糃CD的通光系數(shù)做適當(dāng)提升。

　　5)、在IR鏡頭的F數(shù)相同時(shí)，選擇紅外通光系數(shù)大的鏡頭，保證攝像機(jī)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(guò)率、透過(guò)率越高則通光系數(shù)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(xué)工廠投入成本相對(duì)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(xiàn)象，并且在色彩還原、逼真度、夜視等方面會(huì)表現(xiàn)更優(yōu)秀，讓您的攝像機(jī)在市場(chǎng)更具競(jìng)爭(zhēng)力。

　　6、總結(jié)

　　通過(guò)“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測(cè)儀”實(shí)測(cè)通光系數(shù)的結(jié)果來(lái)選擇鏡頭，其性能指標(biāo)是依據(jù)科學(xué)測(cè)量和類比的結(jié)果，比原來(lái)依靠肉眼判斷更可靠和準(zhǔn)確、更快捷易用，因此希望業(yè)界的客戶能重視鏡頭通光系數(shù)對(duì)攝像機(jī)影響。

　　針對(duì)特定的攝像機(jī)選擇一款合適的鏡頭，關(guān)聯(lián)到鏡頭其它參數(shù)和指標(biāo)，是一個(gè)綜合、互相制約和平衡的結(jié)果，我們的建議就是“合適就是好的理念”，并不是所有指標(biāo)越高越好。