百萬(wàn)高清鏡頭:關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品提升核心?

　　前言：高清盛行，當工程商意識到鏡頭是保障圖像質(zhì)量的重要環(huán)節后，其在鏡頭的選擇上也相對嚴謹，致使鏡頭廠(chǎng)商圍繞鏡頭清晰度與成像質(zhì)量不斷投入資金。隨著(zhù)百萬(wàn)高清攝像機應用的增多，傳統鏡頭的光學(xué)成像已經(jīng)不能滿(mǎn)足百萬(wàn)像素攝像機的高清晰的效果效果，百萬(wàn)高清CCTV鏡頭的應用也在加快步。高清鏡頭市場(chǎng)將會(huì )成為主要競爭趨勢，能否跟上高清監控的腳步，將會(huì )決定在競爭中的勝負。

　　目前，活躍在國內CCTV鏡頭市場(chǎng)的主要廠(chǎng)商有日系騰龍、圖麗、精工、賓得、FUJINO、computar，KOWA、SENKO，以及國內的上海鳳凰、福建福光、鴻發(fā)光電、啟光、長(cháng)春東亞光學(xué)等。從采訪(fǎng)得知，國內鏡頭廠(chǎng)商百萬(wàn)高清監控鏡頭占據了企業(yè)鏡頭生產(chǎn)的30%，而且每年高清鏡頭的出貨量也在快速增長(cháng)。從企業(yè)中也了解到，百萬(wàn)像素對應鏡頭的中長(cháng)焦大變倍電動(dòng)變焦鏡頭以及帶IR紅外功能的鏡頭在銷(xiāo)售和應用中增長(cháng)最為迅猛。

　　關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品提升之核心

　　從百萬(wàn)像素鏡頭這一年來(lái)的發(fā)展可以看到，更高的像素需求和更高密度透光率的鏡頭鏡片受到市場(chǎng)需求的不斷刺激，更高像素的鏡頭應用也表明，高清攝像機的高清程度的進(jìn)展仍在繼續往更高分辨率發(fā)展中，從百萬(wàn)像素鏡頭逐漸過(guò)渡到200萬(wàn)、300萬(wàn)乃至500萬(wàn)像素的高清百萬(wàn)像素鏡頭已勢不可擋。

　　“相比普通CCTV鏡頭，百萬(wàn)像素鏡頭需要更高品質(zhì)的鏡片材料，更先進(jìn)的鍍膜水平、更合理的光學(xué)設計，更精密的零部件加工條件，更嚴謹的裝配工藝;如此才能實(shí)現監控需求的更清晰的畫(huà)質(zhì)。”上?？细呱藤Q有限公司北京分公司市場(chǎng)部經(jīng)理劉郭艷表示。

　　非球面鏡片技術(shù)提高高清效果

　　非球面鏡片技術(shù)是百萬(wàn)高清鏡頭一項非常重要的技術(shù)，它也是鏡頭獲得高清效果的重要保證。傳統的球面鏡片具有球面像差的先天缺陷，從而帶來(lái)了無(wú)法克服的光斑現象，極大影響成像質(zhì)量。而用非球面鏡片，使光線(xiàn)經(jīng)過(guò)高次曲面的折射，就可以把光線(xiàn)精確地聚焦于一點(diǎn)。再者非球面鏡頭也可以簡(jiǎn)化鏡頭的光學(xué)結構。如 FUJINO(富士能)百萬(wàn)高清鏡頭產(chǎn)品就充分運用廣播電視用高清鏡頭的高度光學(xué)設計技術(shù)，一片非球面鏡片就可完成數片鏡片功能。

　　由于使用一片非球面鏡片可以代替一組球面鏡片，從而使攝像鏡頭的光學(xué)結構相對簡(jiǎn)化，這樣在光學(xué)通路和機械結構上容易獲得更大的通光口徑。并且，非球面鏡頭能使邊緣部分的光線(xiàn)與中央部分的光線(xiàn)都能穿過(guò)鏡片聚焦到同一個(gè)平面，從而能清晰有效的利用整個(gè)鏡片的表面，使整個(gè)鏡片都能正確聚焦，相對使有效通光口徑變大。如KOWA公司生產(chǎn)的LMVZ38A-IR(1/3”f/3~8mmF/1.0)系列鏡頭。這種鏡頭之所以達到F/1.0，就是用了非球面鏡片的原故。

　　非球面鏡頭的有效通光口徑增大，就能讓更多的光線(xiàn)投射到CCD感光面上，也相應于增加了靈敏度。并且，因為一片非球面鏡片能頂替好幾片一組的球面鏡片，從而使攝像鏡頭的體積縮小、重量也減輕，并且光線(xiàn)經(jīng)過(guò)的鏡片少，因而使透光率大大增強，圖像畫(huà)面也變得細致明亮。如KOWA的LMVZ550A- IR(1/3”f/5~50mmF/1.4)系列鏡頭，其中僅使用了兩片非球面鏡片。它不僅實(shí)現了體積小、重量輕，而且增強了透光率，保證了成像質(zhì)量。

　　非球面鏡片的重要特點(diǎn)是可以改善鏡片邊緣部分對光的折射率，使鏡頭的邊緣成像變好。而球面鏡片，尤其高倍率球面鏡頭，更容易出現球差和圖像失真，尤其光線(xiàn)在球面鏡頭邊緣過(guò)折射引起的桶形失真，將非球面鏡頭用于高倍率的變焦鏡頭時(shí)，由于非球面鏡頭將邊緣入射的光線(xiàn)按球面鏡頭失真的反方向進(jìn)行了修正，從而有效地消除了桶形失真。

　　“多層復合鍍膜”解決色差之利器

　　鏡頭為什么需要鍍膜?因為任何物體對光線(xiàn)都有反射作用，連無(wú)色透明的玻璃也不例外，差別在于光線(xiàn)的角度是否會(huì )形成反射效果。理想的鏡片透光情況是光線(xiàn)能夠完全透過(guò)鏡頭，并完整的在 CCD上聚焦。然而，事實(shí)上每一種鏡片都受到自身物理因素的限制，導致像差的產(chǎn)生，所以，當多種鏡片結合成的鏡頭是不可能讓理論上所有各種角度的光線(xiàn)完全穿過(guò)，會(huì )形成一定的炫光。而百萬(wàn)高清CCTV鏡頭較于普通CCTV鏡頭技術(shù)要求更加嚴格，所以絕大部分鏡頭都采用多層復合鍍膜技術(shù)。

　　多層鍍膜的鏡頭，其鏡頭的透光率極高，鏡片表面的直接反光很弱，正對著(zhù)鏡片玻璃逆光觀(guān)看，只見(jiàn)鏡頭內“很黑”，只有從鏡片的側面觀(guān)察才可以看到彩色的反光，這種反光多為深紅、深藍、深黃和深綠色。其中深綠色的鍍膜可以同時(shí)增加光譜兩端的藍光和紅光的透過(guò)率，只有光譜中部的黃綠色光才被反射回來(lái)。多層鍍膜的鏡頭，其各個(gè)鏡片不可能都鍍上同一種增透膜，否則這個(gè)鏡頭就會(huì )發(fā)生偏色。

　　IR紅外對應技術(shù)提供全天候高清監控

　　在24小時(shí)的全天候監控中，經(jīng)常會(huì )發(fā)生白天畫(huà)面清晰，夜晚畫(huà)面模糊的現象，即便是高清監控系統也會(huì )出現此類(lèi)問(wèn)題。原因在于，由于光的波長(cháng)不一樣，通過(guò)鏡頭后的折射也不一樣，這就產(chǎn)生了色差。色差是鏡頭清晰度下降、聚焦不實(shí)的重要因素，普通的CCTV鏡頭在光學(xué)設計的時(shí)候只針對350-700nm的波段光進(jìn)行色差修正，高于700nm的紅外光則不在考慮之內。這就造成了可見(jiàn)光與近紅外光(700nm-1000nm)的聚焦面是分離的。根據此問(wèn)題，通過(guò)特殊的鍍膜設計與特殊光學(xué)材質(zhì)的運用使得350-1000nm波段范圍內的光都能很好的糾正色差，IR紅外對應技術(shù)也相應產(chǎn)生。它的出現，可以使監控系統在紅外光源的輔助下獲得清晰的成像。

　　“苛刻”的材料應用與精密的零部件加工

　　隨著(zhù) CCTV鏡頭市場(chǎng)競爭的日趨激烈，越來(lái)越多的CCTV鏡頭使用塑料機身。從材料學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，金屬部件的精度及耐用度固然要好于塑料，但隨著(zhù)塑膠加工技術(shù)的不斷完善，其技術(shù)性能指標已經(jīng)越來(lái)越高，而其成本低，易于大批量加工的優(yōu)勢得以體現。精密的零部件加工與嚴謹的裝配工序是鏡頭性能的重要步驟，且高精度，高難度金屬部件的生產(chǎn)是廠(chǎng)商機械加工能力的體現。PHENIX(鳳凰)在CCTV鏡頭上所使用塑膠材質(zhì)是添加了“鋼塑纖維”的特殊材質(zhì)，其熱脹冷縮性能完全達到金屬鋁的標準，完全適用于最為嚴酷的監控環(huán)境，且通過(guò)最現代化的設備和加工技藝，PHENIX(鳳凰)的最高模具精度可以達到驚人的1微米。通常CCTV廠(chǎng)家的產(chǎn)品使用溫度為-10~-50℃，而PHENIX的產(chǎn)品為-20~ 60℃。而且鳳凰的鏡頭全部達到環(huán)保要求，不會(huì )在生產(chǎn)過(guò)程中對環(huán)境產(chǎn)生破壞，而大批量的注塑沖壓成型設備使得高精度的模具立刻帶來(lái)高品質(zhì)的塑料部件。圖麗高清鏡頭產(chǎn)品所用材料皆是高性能航天用工程塑料外殼，并采用特有的鏡筒外殼防滑設計，在接口處采用耐磨鋁合金，并非一般廠(chǎng)商采用的鍍鉻或塑料，不會(huì )出現滑絲現象。

　　超低色散鏡片還原真實(shí)色彩

　　不同波長(cháng)的光線(xiàn)會(huì )有不同的折射率，紅、藍、綠三種基本光源聚在不同焦點(diǎn)上，從而產(chǎn)生色散問(wèn)題出現，當鏡頭的焦距越長(cháng)，色散也就越明顯。在現實(shí)生活中，長(cháng)焦鏡頭的使用當然必不可少。ED(Extra- lowDispersion)和LD(LowDispersion)鏡片的出現能很好的改變此類(lèi)問(wèn)題，FUJINO、圖麗、computar等專(zhuān)業(yè)鏡頭廠(chǎng)商的產(chǎn)品對ED鏡片的使用毫不吝嗇，騰龍則大多采用LD鏡片作為解決色散的主要手段，也有用XLD超低色散鏡片。

　　鏡頭的選擇需從實(shí)際出發(fā)

　　百萬(wàn)高清鏡頭的種類(lèi)有很多種：手動(dòng)、自動(dòng)光圈、手動(dòng)、自動(dòng)變焦、長(cháng)焦、定焦、魚(yú)眼、自動(dòng)聚焦、紅外對應鏡頭等，根據不同的行業(yè)需求與監控環(huán)境選用適合的鏡頭非常重要，畢竟這關(guān)系到監控系統、監控效果與投入成本。對于封閉的走廊、無(wú)光線(xiàn)直接照射的內室，選用手動(dòng)變焦鏡頭比較合適，畢竟相對自動(dòng)變焦鏡頭，前者成本較低。對于光線(xiàn)環(huán)境經(jīng)常變化的監控場(chǎng)所，主要選擇自動(dòng)光圈。而自動(dòng)光圈的控制信號又分為DC(直流電壓控制)及VIDEO(視頻信號控制)控制兩種，目前，從工程商的應用情況來(lái)看，前者居多。

　　定焦、變焦鏡頭的選用取決于被監視場(chǎng)景范圍的大小，以及所要求被監視場(chǎng)景畫(huà)面的清晰程度。一般來(lái)講，如在電梯此類(lèi)狹小的監控區域，優(yōu)先選用短焦廣角或者超廣角定焦并且。如日產(chǎn)ComputarT2Z2814CS-2鏡頭，這種鏡頭為1/3”CS型接口手動(dòng)光圈鏡頭，其焦距2倍可調(手動(dòng)調焦)。調焦范圍為2.8-6.0mm，視場(chǎng)角變化范圍為96°-47.2°，這種鏡頭非常適合在狹小的被監視環(huán)境中使用，在使用時(shí)可方便地根據實(shí)際需要，靈活實(shí)現對被監視場(chǎng)景的“點(diǎn)”或“面”的監視效果?；蛘哌x用魚(yú)眼鏡頭，不過(guò)此類(lèi)鏡頭造價(jià)相對昂貴許多，如不考慮成本的情況下，要實(shí)現無(wú)盲角監控還是一個(gè)不錯的選擇。

　　在大范圍監控場(chǎng)所下，一般選用長(cháng)焦鏡頭。如在室內的倉庫、車(chē)間、廠(chǎng)房等環(huán)境中一般選用6倍或者 10倍鏡頭即可滿(mǎn)足要求，而在室外的庫區、碼頭、廣場(chǎng)、車(chē)站等環(huán)境中，可根據實(shí)際要求選用10倍、16倍或20倍鏡頭即可。一般情況下，鏡頭倍數越大，價(jià)格越高，可在綜合考慮系統造價(jià)允許的前提下，適當選用高倍數變焦鏡頭。如遠程高清監控距離在1公里以上，甚至更遠距離，這種遠距離空氣的成分變化，遠處環(huán)境的影響都會(huì )要求這類(lèi)鏡頭具有一些特殊的功能，如透霧透塵、日夜IR功能，來(lái)保證遠程高清監控拍攝很好的效果。KOWA生產(chǎn)的長(cháng)焦鏡頭具有3-CAM技術(shù)，該技術(shù)不需要軌道來(lái)定位鏡片，鏡片移動(dòng)時(shí)采用螺旋推進(jìn)，即鏡片圍繞主軸旋轉前進(jìn)，所以不會(huì )發(fā)生偏心的情況，對于長(cháng)焦鏡頭的運用非常合適。目前KOWA 生產(chǎn)的8-120m、8-240m、12-360mm等長(cháng)焦鏡頭高達500萬(wàn)像素，不僅在清晰度上有優(yōu)異表現，其透霧性能也相當不錯。

　　結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)高清監控發(fā)展的日趨明顯，安防行業(yè)技術(shù)慢慢走向成熟，高清鏡頭除了光學(xué)性能的提升，鏡頭的生產(chǎn)和組裝也發(fā)生著(zhù)變化。如今，百萬(wàn)像素鏡頭面臨的主要問(wèn)題有兩個(gè)：一是制造工藝、加工精密度等方面都比普通鏡頭要高;二是目前在監控高清領(lǐng)域，后端很多產(chǎn)品如傳輸設備、顯示設備、錄像設備、帶寬等的高清化還不理想，面對如此挑戰，百萬(wàn)高清監控鏡頭要想真正實(shí)現普及還有一定的難度。不過(guò)種種跡象表明，百萬(wàn)高清鏡頭的出頭之日不會(huì )太久，在未來(lái)3-5年內，高清監控鏡頭將擁有理想的市場(chǎng)反應。