高清监控镜头四大技术及发展趋势

2015-08-10 16:40:29来源: 中国公共安全

    2015年,安防监控行业依旧迅猛发展,视频监控高清化的步伐越走越深,同时高清化也促进了视频监控的网络化、智能化,加快高清监控大时代的进程。

    在高清化普及之前,监控设备用户常常会碰到这样的情况,在办案取证或收集线索时,现场是有监控摄像机的,但查看录像后发现录像画面很差,人物模糊不清,充满雪花噪点,晚上更是漆黑一片,很难提取到有价值的信息,这些录像甚至被戏称为“俄罗斯方块组成的印象油画”。

    一、监控镜头发展现状

    近些年,随着安防技术推陈出新,高清技术开始广泛应用,高清摄像机也逐步取代标清摄像机,成为市场主流。高清摄像机能为用户提供更好的画质,更多的细节信息,减少了“俄罗斯方块组成的印象油画”笑剧。摄像机的高清效果,不仅仅是依靠更高像素的感光器件、更好的ISP技术、更高效的存储技术,高清镜头也是关键技术,没有匹配的高清镜头,高清摄像机也不能发挥出应有的高清效果。

    高清镜头,也称超百万像素镜头,与普通镜头相比具有清晰度高、光谱透射能力强、做工更精密等优势。一般选取镜头成像圈中心及0.7视场的解像力作为评判镜头清晰度的标准,成像圈中心和0.7视场都能达到1000TVLine以上,才称之为高清镜头。

    2010年起,高清镜头保持平均每年10%以上增长速度,目前国内CCTV高清镜头市场主要品牌有海康威视、凤凰光学、福建福光、厦门力鼎等国产品牌,以及富士能、腾龙、computar、宾得等日系品牌。由于国内光学技术迅速进步和安防镜头的国产化趋势,以海康威视为代表的国产品牌逐渐取代日系品牌,开始占据更多的市场份额。凭借对市场需求的精准把握和对性能、品质的不懈追求,目前海康威视的高清镜头产品已经涵盖了1/2.7”高清红外变焦,1/1.8”高清红外变焦和ITS高清等多个大的系列。

 

图1海康威视高清镜头

    二、四大核心技术

    镜头本身是高精密光学器件,高清镜头尤其如此。高清镜头之所以具备较佳的高清性能,离不开其采用的关键技术:

    1.超精密模造非球面技术

    传统的球面技术发展到今天,其设计技术和制造工艺都已相当成熟,在光学行业的几乎所有领域都有广泛的应用。然而在设计复杂高清镜头时,球面技术的成像效果无法达到最佳。非球面技术可以校正球面像差,大幅度提高镜头的成像质量。非球面镜片形状是通过精确计算并由精密机器模造而成,一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。采用超精密模造非球面镜片的镜头可以有效地减小镜头体积的同时,使得镜头的成像更清晰,透光度更好,色彩还原更加准确。

   

 图2非球面技术

    2.多层宽带增透镀膜技术

    多层宽带增透镀膜技术,能最大程度地提高镜头的光线透过率,降低光线在每个光学镜片表面的残余反射。该技术可以将玻璃和空气界面的可见光反射率抑制到0.5%以内,同时将近红外光的反射率降至约1%,如图3所示。通过高质量的镀膜,减少了图像上不必要的杂散光和鬼像,有效提高画面的通透性,亦保证了可靠的高清效果。

    3.超低色散材料技术

    普通监控镜头,在设计上也会考虑校正不同波长光线(红、绿、蓝)的像差,但通常是将两头的红、蓝两种色光的聚焦同一位置上,但和中间的绿光焦点仍然不重合,即存在二级光谱的像差,限制镜头成像质量进一步提升。为了校正二级光谱,如海康威视监控高清系列镜头,广泛使用了超低色散的光学玻璃材料,利用其不同于常规光学玻璃的色散特性,可以将红、绿、蓝等色光聚焦到同一个平面上,如图4所示,镜头高清性能更优。

 

图4超低色散玻璃校正二级光谱

    4.精密变焦凸轮设计技术

    对于高清变焦镜头而言,其成像质量在很大程度上取决于变焦凸轮的精度。通过凸轮的旋转,带动变焦和聚焦组镜片前后移动,从而实现焦距的连续变化和聚焦点的调节。如果凸轮的精度不佳,则在变焦和聚焦的过程中,不可避免的会出现透镜光轴的偏移或者倾斜,导致成像质量的严重下降。海康威视高清系列监控镜头,采用精密变焦凸轮设计技术,能保证良好的凸轮制造精度,确保变焦和聚焦过程中的成像质量,同时也保证了顺滑而不失阻尼感的调节手感。

图5海康威视高清镜头使用的变焦凸轮

    三、发展趋势

    最近两年,随着高清摄像机在安防监控领域的应用不断扩大,带动高清监控镜头技术也紧跟着摄像机的步伐,不断升级,出现了4K超高清、超大光圈等新技术。

    1.4K超高清技术

    在去年北京安防展上,很多安防厂家纷纷展出了4K超高清摄像机。4K超高清技术出现之前,主流高清监控镜头像素为六百万以内。4K超高清技术的出现,对镜头的解像力提出了更高的要求,4K镜头的设计、制造难度都会增大许多,即使日系镜头厂商,目前也只有寥寥几家推出了4K镜头。海康威视于2014年10月发布了一款大靶面(1/1.7英寸)4K超高清镜头,这款镜头支持1200万像素,能提供超高清的图像细节的同时,具备165度超广视角,很适合于广场、道路等场景的监控需求。

 

图64K超高清镜头拍摄效果

    2.超大光圈技术

    随着安防监控日趋高清化、网络化、智能化,摄像机的应用范围也越来越广泛,很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机,尤其是低照度高清摄像机,以满足全天候24小时监控的需求。对于夜晚等低照度环境,如果摄像机采集光线不够,会造成画面很暗的情况,影响清晰度。摄像机低照度性能的提升,超大光圈镜头是关键技术之一。海康威视于2014年11月发布一款恒定超大光圈变焦镜头!

    镜头规格

    光圈

    F0.95

    解像力

    6MP

    接口

    CS

    焦距

    7~33mm

    靶面

    1/1.8”

    最近拍摄距离

    0.5m

 

图7海康威视HV0733D-6MP镜头

    这款镜头仅从参数来看,就足够震撼,至少是目前日系品牌镜头也找不到的。首先这款镜头采用超大光圈技术,光圈F数达到0.95,与光圈F1.5的普通镜头相比,在相同焦距下拍摄低照度场景,这款镜头的图像亮度要高很多。同时此款镜头采用恒定光圈技术,在全焦段任意焦距下使用时,镜头的最大光圈值都是0.95。在夜间等较暗的环境下,恒定超大光圈技术让监控画面更亮,从而保证了夜间监控的高清化。

    日系镜头,F1.5

    海康威视HV0733D-6MP镜头,F0.95

 

图8低照度效果对比

    四、结语

    高清化已是视频监控行业发展的必然趋势,高清设备也是各大安防厂商逐鹿市场的必备武器。作为在成像过程中起到关键作用的镜头,自然是高清化步伐的排头兵。在高清化的大潮中,已有的镜头设计、制造技术会不断成熟和普及,新的技术如文中介绍的4K超高清技术、超大光圈技术,也会不断进步和应用,也进而加速镜头的高清化步伐。

 

关键字:监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2015/0810/article_8719.html
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