高清監控鏡頭四大技術及發展趨勢
安防網訊 2015年安防監控行業依舊迅猛發展視頻監控高清化的步伐越走越深同時高清化也促進了視頻監控的網絡化智能化加快高清監控大時代的進程
在高清化普及之前監控設備用戶常常會碰到這樣的情況在辦案取證或收集線索時現場是有監控攝像機的但查看錄像后發現錄像畫面很差人物模糊不清充滿雪花噪點晚上更是漆黑一片很難提取到有價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
一監控鏡頭發展現狀
近些年隨著安防技術推陳出新高清技術開始廣泛應用高清攝像機也逐步取代標清攝像機成為市場主流高清攝像機能為用戶提供更好的畫質更多的細節信息減少了俄羅斯方塊組成的印象油畫笑劇攝像機的高清效果不僅僅是依靠更高像素的感光器件更好的ISP技術更高效的存儲技術高清鏡頭也是關鍵技術沒有匹配的高清鏡頭高清攝像機也不能發揮出應有的高清效果
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做工更精密等優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準成像圈中心和0.7視場都能達到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CCTV高清鏡頭市場主要品牌有海康威視鳳凰光學福建福光廈門力鼎等國產品牌以及富士能騰龍computar賓得等日系品牌由于國內光學技術迅速進步和安防鏡頭的國產化趨勢以海康威視為代表的國產品牌逐漸取代日系品牌開始占據更多的市場份額憑借對市場需求的精準把握和對性能品質的不懈追求目前海康威視的高清鏡頭產品已經涵蓋了1/2.7高清紅外變焦1/1.8高清紅外變焦和ITS高清等多個大的系列
圖1海康威視高清鏡頭
二四大核心技術
鏡頭本身是高精密光學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鍵技術
1.超精密模造非球面技術
傳統的球面技術發展到今天其設計技術和制造工藝都已相當成熟在光學行業的幾乎所有領域都有廣泛的應用然而在設計復雜高清鏡頭時球面技術的成像效果無法達到最佳非球面技術可以校正球面像差大幅度提高鏡頭的成像質量非球面鏡片形狀是通過精確計算并由精密機器模造而成一片非球面鏡片就能實現多個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使得鏡頭的成像更清晰透光度更好色彩還原更加準確
圖2非球面技術
2.多層寬帶增透鍍膜技術
多層寬帶增透鍍膜技術能最大程度地提高鏡頭的光線透過率降低光線在每個光學鏡片表面的殘余反射該技術可以將玻璃和空氣界面的可見光反射率抑制到0.5%以內同時將近紅外光的反射率降至約1%如圖3所示通過高質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
3.超低色散材料技術
普通監控鏡頭在設計上也會考慮校正不同波長光線（紅綠藍）的像差但通常是將兩頭的紅藍兩種色光的聚焦同一位置上但和中間的綠光焦點仍然不重合即存在二級光譜的像差限制鏡頭成像質量進一步提升為了校正二級光譜如海康威視監控高清系列鏡頭廣泛使用了超低色散的光學玻璃材料利用其不同于常規光學玻璃的色散特性可以將紅綠藍等色光聚焦到同一個平面上如圖4所示鏡頭高清性能更優
圖4超低色散玻璃校正二級光譜
4.精密變焦凸輪設計技術
對于高清變焦鏡頭而言其成像質量在很大程度上取決于變焦凸輪的精度通過凸輪的旋轉帶動變焦和聚焦組鏡片前后移動從而實現焦距的連續變化和聚焦點的調節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透鏡光軸的偏移或者傾斜導致成像質量的嚴重下降海康威視高清系列監控鏡頭采用精密變焦凸輪設計技術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量同時也保證了順滑而不失阻尼感的調節手感
圖5海康威視高清鏡頭使用的變焦凸輪
三發展趨勢
最近兩年隨著高清攝像機在安防監控領域的應用不斷擴大帶動高清監控鏡頭技術也緊跟著攝像機的步伐不斷升級出現了4K超高清超大光圈等新技術
1.4K超高清技術
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4K超高清技術出現之前主流高清監控鏡頭像素為六百萬以內4K超高清技術的出現對鏡頭的解像力提出了更高的要求4K鏡頭的設計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鏡頭海康威視于2014年10月發布了一款大靶面（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節的同時具備165度超廣視角很適合于廣場道路等場景的監控需求
圖64K超高清鏡頭拍攝效果
2.超大光圈技術
隨著安防監控日趨高清化網絡化智能化攝像機的應用范圍也越來越廣泛很多監控條件差光線昏暗的地方也要求安裝功能多樣的攝像機尤其是低照度高清攝像機以滿足全天候24小時監控的需求對于夜晚等低照度環境如果攝像機采集光線不夠會造成畫面很暗的情況影響清晰度攝像機低照度性能的提升超大光圈鏡頭是關鍵技術之一海康威視于2014年11月發布一款恒定超大光圈變焦鏡頭
鏡頭規格
光圈
F0.95
解像力
6MP
接口
CS
焦距
7~33mm
靶面
1/1.8
最近拍攝距離
0.5m
圖7海康威視HV0733D-6MP鏡頭
這款鏡頭僅從參數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光圈F數達到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此款鏡頭采用恒定光圈技術在全焦段任意焦距下使用時鏡頭的最大光圈值都是0.95在夜間等較暗的環境下恒定超大光圈技術讓監控畫面更亮從而保證了夜間監控的高清化
日系鏡頭F1.5
海康威視HV0733D-6MP鏡頭F0.95
圖8低照度效果對比
四結語
高清化已是視頻監控行業發展的必然趨勢高清設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計制造技術會不斷成熟和普及新的技術如文中介紹的4K超高清技術超大光圈技術也會不斷進步和應用也進而加速鏡頭的高清化步伐
