摄像机的镜头选用和简介

对于摄像机所用的镜头的介绍

f 值即指镜头之明亮度。镜头规格中所显示＜最大口径比1:1.2＞之＜1.2＞即为f值。f值越小表示镜头之明亮度越高。f值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。镜头之射入光量与光束之断面积[镜头的有效口径[d]的平方]成比例，因此影像明亮度为f值平方之反比。由此推算，f值每缩小一级距，明亮度即增加两倍。

针对不同呈像面积的摄像机所用的镜头，同样的焦段所获得的取景范围当然是不同的。（这里先不谈景深、感光等元素）掌握它们的换算关系，对摄制场景的准备特别是不同机型的混拍有一定的帮助。

下面以35mm的呈像面积为标准（代表机型有RED ONE ,F35等）。

一、1/3"的镜头，如CANON XL H1标配的5.4mm-108mm镜头的取景范围相当于35mm的38.9mm-778mm的镜头。

从焦段数值来说：

1/3"的1mm ≈ 35mm的7,2mm.

二、2/3"的镜头，如hdw-f900的HJ21，7.5mm-158mm相当于35mm的20 mm-400mm的取景范围。

即

2/3"的1mm ≈ 35mm的2.6mm.

也可以说，同样的取景范围，35mm镜头的焦段是1/3"的约7.2倍。是2/3“镜头的约2.6倍。

有了这个换算比例，对各种型号的镜头间的取景关系，大家会有一个量的比较。

班门弄斧。如有不妥，望指正。

选用镜头焦距的理论计算

摄取景物的镜头视场角是极为重要的参数，镜头视场角随镜头焦距及摄像机规格大小而变化(其变化关系如前所述)，覆盖景物镜头的焦距可用下述公式计算：

(1) f=u·D/U

(2) f=h·D/H

f：镜头焦距、U：景物实际高度、H：景物实际宽度、D：镜头至景物实测距离、u：图像高度、h：图像宽度

(３)举例说明：当选用1/2″镜头时，图像尺寸为u=4.8mm，h=6.4mm。镜头至景物距离D=3500mm，景物的实际高度为U=2500mm(景物的实际宽度可由下式算出H=1.333·U，这种关系由摄像机取景器CCD片决定)。 将以上参数代入公式(1)中，可得f=4.8·3500/2500=6.72mm，故选用6mm定焦镜头即可。

焦距 规格 角度

2.1 mm小镜头 1/3 150°

2.5mm小镜头 1/3 130°

2.8mm小镜头 1/3 115°

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2.8mm固定光圈 1/3 115°

3.8mm 1/3 96°

4mm 1/3 78°

6mm 1/3 53°

8mm 1/3 40°

12 mm 1/3 23°

16 m 1/3 17°

3.5-8mm 1/3 96°- 45°

6-15mm 1/3 54°- 23°

6-36mm电动变倍镜头 1/3 51°- 9°

8.5-51mm电动变倍镜头 1/3

1.镜头的种类(根据应用场合分类)

· 广角镜头：视角90度以上，观察范围较大，近处图像有变形。

· 标准镜头：视角30度左右，使用范围较广。

· 长焦镜头：视角20度以内，焦距可达几十毫米或上百毫米。

· 变焦镜头：镜头焦距连续可变，焦距可以从广角变到长焦，焦距越长成像越大。

· 针孔镜头：用于隐蔽观察，经常被安装在如天花板或墙壁等地方。

镜头的种类有许多种，每一种镜头都有其特点。根据功能与结构的不同，这些镜头的价格相差非常大，如电动变焦镜头要比普通定焦镜头的价格高约10倍，因此，只有正确了解各种镜头的特性，才能更加灵活地选择镜头。

A、 固定光圈定焦镜头

固定光圈定焦镜头是相对较为简单的一种镜头，该镜头上只有一个可手动调整的对焦调整环（环上标有若干距离参考值），左右旋转该环可使成在 CCD靶面上的像最为清晰，此时在监视器屏幕上得到图像也最为清晰。

由于是固定光圈镜头，因此在镜头上没有光圈调整环，也就是说该镜头的光圈是不可调整的，因而进入镜头的光通量是不能通过简单地改变镜头因素而改变，而只能通过改变被摄现场的光照度来调整，如增减被摄现场的照明灯光等。这种镜头一般应用于光照度比较均匀的场合，如室内全天以灯光照明为主的场合，在其他场合则需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用（当然，目前市面上绝大多数的CCD摄像机均带有自动电子快门功能），通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

B、 手动光圈定焦镜头

手动光圈定焦镜头比固定光圈定焦镜头增加了光圈调整环，其光圈调整范围一般可从F1. 2或F1. 4到全关闭，能很方便地适应被摄现场的光照度，然而由于光圈的调整是通过手动人为地进行的，一旦摄像机安装完毕，位置固定下来，再频繁地调整光圈就不那么容易了，因此，这种镜头一般也是应用于光照度比较均匀的场合，而在其他场合则也需与带有自动电子快门功能的CCD摄像机合用，如早晚与中午、晴天与阴天等光照度变化比较大的场合，通过电子快门的调整来模拟光通量的改变。

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C、 自动光圈定焦镜头

自动光圈定焦镜头在结构上有了比较大的改变，它相当于在手动光圈定焦镜头的光圈调整环上增加一个由齿轮啮合传动的微型电动机，并从其驱动电路上引出3芯或4芯线传送给自动光圈镜头，至使镜头内的微型电动机相应做正向或反向转动，从而高速光圈的大小。自动光圈镜头又分为含放大器（视频驱动型）与不含放大器（直流驱动型）两种规格。

D、 手动变焦镜头

顾名思义，手动变焦镜头的焦距是可变的，它有一个焦距调整环，可以在一定范围内调整镜头的焦距，其变比一般为2~3倍，焦距一般在3. 6~8 mm。在实际工程应用中，通过手动调节镜头的变焦环，可以方便地选择监视现场的视场角，如：可选择对整个房间的监视或是选择对房间内某个局部区域的监视。当对于监视现场的环境情况不十分了解时，采用这种镜头显然是非常重要的了。

E、 自动光圈电动变焦镜头

此种镜头与前述的自动光圈定焦镜头相比另外增加了两个微型电动机，其中一个电动机与镜头的变焦环啮合，当其受控而转动时可改变镜头的焦距（Zoom）；另一个电动机与镜头的对焦环啮合，当其受控而转动时可完成镜头的对焦（Focus）。由于该镜头增加了两个可遥控调整的功能，因而此种镜头也称作电动两可变镜头。 自动光圈电动变焦镜头一般引出两组多芯线，其中一组为自动光圈控制线，其原理和接法与前述的自动光圈定焦镜头的控制线完全相同；另一组为控制镜头变焦及对焦的控制线，一般与云台镜头控制器及解码器相连。当操作远程控制室内云台镜头控制器及解码器的变焦或对焦按钮时，将会在此变焦或对焦的控制线上施加一个或正或负的直流电压，该电压加在相应的微型电动机上，使镜头完成变焦及对焦调整功能。

2.被摄物体的大小、距离与焦距的关系

设被摄物体的高度和宽度分别为H、W，被摄物体与镜头间的距离为D，镜头的焦距为f。靶面成像的高度和宽度分别为h、w，则计算公式如下： f=h×D/H f=w×D/W 根据上述公式，也可以很容易地计算出视场角，下表为靶面尺寸和成像大小对照表 靶面规格 1" 2/3" 1/2" 1/3" h 9.6mm 6.6mm 4.8mm 3.6mm w 12.8mm 8.8mm

6.4mm 4.8mm

3.相对孔径

为了控制通过镜头的光通量的大小，在镜头的后部均设置了光圈。假定光圈的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，比d大，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f，镜头的相对孔径决定被摄像的照度，像的照度与镜头的相对孔径的平方成正比，一般习惯上用F=f/D，即相对光径的倒

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数来表示镜头光圈的大小。F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大。所以在焦距f相同的情况下，F值越小，表示镜头越好。

4.镜头的焦距

1) 定焦距：焦距固定不变，可分为有光圈和无光圈两种。

· 有光圈：镜头光圈的大小可以调节。根据环境光照的变化，应相应调节光圈的大小。光圈的大小可以通过手动或自动调节。人为手工调节光圈的，称为手动光圈；镜头自带微型电机自动调整光圈的，称为自动光圈。

· 无光圈：即定光圈，其通光量是固定不变的。主要用光源恒定或摄像机自带电子快门的情况。

2) 变焦距：焦距可以根据需要进行调整，使被摄物体的图像放大或缩小。 常用的变焦镜头为六倍、十倍变焦。

三可变镜头：可调焦距、调聚焦、调光圈。

二可变镜头：可调焦距、调聚焦、自动光圈。

5.选配镜头原则

为了获得预期的摄像效果，在选配镜头时，应着重注意六个基本要素：

A) 被摄物体的大小

B) 被摄物体的细节尺寸

C) 物距

D) 焦距

E) CCD摄像机靶面的尺寸

F) 镜头及摄像系统的分辨率

注释：

变焦镜头--焦平面的位置固定，而焦路可连续调节的光学系统。变焦是通过移动镜头内部的镜片，改变它们之间的相对位置而实现的。这样就可以在一定范围内改变镜头的焦距长度和视角。

焦距--透镜中心或其第二主平面到图像聚集点处的距离。单位一般为毫米或英寸。 光圈--位于摄像机镜头内部分的、可以调节的光学机械性阑也，可用来控制通过镜头的光线的多少。

自动光圈--镜头内的隔膜装置，可根据电视摄像机传来的视频信号自行调节，以适应光照强度的变化。光圈隔膜通过打开或关闭光圈来控制通过镜头传送的光线。典型的补偿范围是10000-1到300000-1。

一、公式计算法：

视场和焦距的计算 视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。

1、镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下； f=wL/W

f=hL/h

f：镜头焦距 w：图象的宽度（被摄物体在ccd靶面上成象宽度） W：被摄物体宽度

L：被摄物体至镜头的距离

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h：图象高度（被摄物体在ccd靶面上成像高度）视场（摄取场景）高度 H：被摄物体的高度

ccd靶面规格尺寸： 单位mm

规格 W H

1/3" 4.8 3.6

1/2" 6.4 4.8

2/3" 8.8 6.6

1" 12.7 9.6

由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样，其比例均为4:3,当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，L增大时，f增大。

2、视场角的计算 如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。 水平视场角β（水平观看的角度） β=2tg-1= 垂直视场角q（垂直观看的角度） q=2tg-1= 式中w、H、f同上 水平视场角与垂直视场角的关系如下： q=或=q 表2中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值，如果知道了水平或垂直场角便可按下式计算出视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度W. H=2Ltg、W=2Ltg 例如；摄像机的摄像管为17mm(2/3in),镜头焦距f为12mm，从表2中查得水平视场角为40℃而镜头与被摄取物体的距离为2m，试求视场的宽度w。 W=2Ltg=2×2tg=1.46m 则H=W=×1.46=1.059m 焦距f越和长，视场角越小，监视的目标也就小。

二、图解法

如前所示，摄像机镜头的视场由宽（W）。高（H）和与摄像机的距离（L）决定，一旦决定了摄像机要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定； *.欲监视景物的尺寸 *.摄像机与景物的距离 *.摄像机成像器的尺士：1/3"、1/2"、2/3"或1"。 图解选择镜头步骤： 所需的视场与镜头的焦距有一个简单的关系。利用这个关系可选择适当的镜头。 估计或实测视场的最大宽度；估计或实测量摄像机与被摄景物间的距离；使用1/3”镜头时使用图2，使用1/2镜头时使用图3，使用2/3”镜头时使用图4，使用1镜头时使用图5。具体方法：在以W和L为座标轴的图示2-5中，查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中，应选用座标交点上，面那条线指示的数值。例如： 视场宽50m,距离40m,使用1/3"格式的镜头，在座标图中的交点比代表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。而用2.8mm的镜头则可以完全覆盖视场。

f=vD/V

f=hD/H

其中，f代表焦距，v代表CCD靶面垂直高度，V代表被观测物体高度，h代表CCD靶面水平宽度，H代表被观测物体宽度。

举例：假设用1/2”CCD摄像头观测，被测物体宽440毫米，高330毫米，镜头焦点距物体2500毫米。由公式可以算出：

焦距f=6.4X2500/440≈36毫米 或

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焦距f=4.8X2500/330≈36毫米

当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。