高清監控鏡頭四大技術(shù)及發(fā)展趨勢

　　2015年，安防監控行業(yè)依舊迅猛發(fā)展，視頻監控高清化的步伐越走越深，同時(shí)高清化也促進(jìn)了視頻監控的網(wǎng)絡(luò )化、智能化，加快高清監控大時(shí)代的進(jìn)程。

　　在高清化普及之前，監控設備用戶(hù)常常會(huì )碰到這樣的情況，在辦案取證或收集線(xiàn)索時(shí)，現場(chǎng)是有監控攝像機的，但查看錄像后發(fā)現錄像畫(huà)面很差，人物模糊不清，充滿(mǎn)雪花噪點(diǎn)，晚上更是漆黑一片，很難提取到有價(jià)值的信息，這些錄像甚至被戲稱(chēng)為“俄羅斯方塊組成的印象油畫(huà)”。

　　一、監控鏡頭發(fā)展現狀

　　近些年，隨著(zhù)安防技術(shù)推陳出新，高清技術(shù)開(kāi)始廣泛應用，高清攝像機也逐步取代標清攝像機，成為市場(chǎng)主流。高清攝像機能為用戶(hù)提供更好的畫(huà)質(zhì)，更多的細節信息，減少了“俄羅斯方塊組成的印象油畫(huà)”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(shù)、更高效的存儲技術(shù)，高清鏡頭也是關(guān)鍵技術(shù)，沒(méi)有匹配的高清鏡頭，高清攝像機也不能發(fā)揮出應有的高清效果。

　　高清鏡頭，也稱(chēng)超百萬(wàn)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(yōu)勢。一般選取鏡頭成像圈中心及0.7視場(chǎng)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(chǎng)都能達到1000TVLine以上，才稱(chēng)之為高清鏡頭。

　　2010年起，高清鏡頭保持平均每年10%以上增長(cháng)速度，目前國內CCTV高清鏡頭市場(chǎng)主要品牌有

　　圖1 ?？低暩咔彗R頭

　　二、四大核心技術(shù)

　　鏡頭本身是高精密光學(xué)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(kāi)其采用的關(guān)鍵技術(shù)：

　　1. 超精密模造非球面技術(shù)

　　傳統的球面技術(shù)發(fā)展到今天，其設計技術(shù)和制造工藝都已相當成熟，在光學(xué)行業(yè)的幾乎所有領(lǐng)域都有廣泛的應用。然而在設計復雜高清鏡頭時(shí)，球面技術(shù)的成像效果無(wú)法達到最佳。非球面技術(shù)可以校正球面像差，大幅度提高鏡頭的成像質(zhì)量。非球面鏡片形狀是通過(guò)精確計算并由精密機器模造而成，一片非球面鏡片就能實(shí)現多個(gè)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(shí)，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(shù)

　　2. 多層寬帶增透鍍膜技術(shù)

　　多層寬帶增透鍍膜技術(shù)，能最大程度地提高鏡頭的光線(xiàn)透過(guò)率，降低光線(xiàn)在每個(gè)光學(xué)鏡片表面的殘余反射。該技術(shù)可以將玻璃和空氣界面的可見(jiàn)光反射率抑制到0.5%以?xún)?，同時(shí)將近紅外光的反射率降至約1%，如圖3所示。通過(guò)高質(zhì)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(huà)面的通透性，亦保證了可靠的高清效果。

　　圖3 普通單層增透鍍膜和多層寬帶增透鍍膜對比

　　3. 超低色散材料技術(shù)

　　普通監控鏡頭，在設計上也會(huì )考慮校正不同波長(cháng)光線(xiàn)（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(diǎn)仍然不重合，即存在二級光譜的像差，限制鏡頭成像質(zhì)量進(jìn)一步提升。為了校正二級光譜，如?？低暠O控高清系列鏡頭，廣泛使用了超低色散的光學(xué)玻璃材料，利用其不同于常規光學(xué)玻璃的色散特性，可以將紅、綠、藍等色光聚焦到同一個(gè)平面上，如圖4所示，鏡頭高清性能更優(yōu)。

　　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(shù)

　　對于高清變焦鏡頭而言，其成像質(zhì)量在很大程度上取決于變焦凸輪的精度。通過(guò)凸輪的旋轉，帶動(dòng)變焦和聚焦組鏡片前后移動(dòng)，從而實(shí)現焦距的連續變化和聚焦點(diǎn)的調節。如果凸輪的精度不佳，則在變焦和聚焦的過(guò)程中，不可避免的會(huì )出現透鏡光軸的偏移或者傾斜，導致成像質(zhì)量的嚴重下降。?？低暩咔逑盗斜O控鏡頭，采用精密變焦凸輪設計技術(shù)，能保證良好的凸輪制造精度，確保變焦和聚焦過(guò)程中的成像質(zhì)量，同時(shí)也保證了順滑而不失阻尼感的調節手感。

　　圖5?？低暩咔彗R頭使用的變焦凸輪

　　三、發(fā)展趨勢

　　最近兩年，隨著(zhù)高清攝像機在安防監控領(lǐng)域的應用不斷擴大，帶動(dòng)高清監控鏡頭技術(shù)也緊跟著(zhù)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(shù)。

　　1. 4K超高清技術(shù)

　　在去年北京安防展上，很多安防廠(chǎng)家紛紛展出了4K超高清攝像機。4K超高清技術(shù)出現之前，主流高清監控鏡頭像素為六百萬(wàn)以?xún)取?K超高清技術(shù)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(huì )增大許多，即使日系鏡頭廠(chǎng)商，目前也只有寥寥幾家推出了4K鏡頭。?？低曈?014年10月發(fā)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(wàn)像素，能提供超高清的圖像細節的同時(shí)，具備165度超廣視角，很適合于廣場(chǎng)、道路等場(chǎng)景的監控需求。

　　圖6 4K超高清鏡頭拍攝效果

　　2. 超大光圈技術(shù)

　　隨著(zhù)安防監控日趨高清化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化，攝像機的應用范圍也越來(lái)越廣泛，很多監控條件差、光線(xiàn)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(mǎn)足全天候24小時(shí)監控的需求。對于夜晚等低照度環(huán)境，如果攝像機采集光線(xiàn)不夠，會(huì )造成畫(huà)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(guān)鍵技術(shù)之一。?？低曈?014年11月發(fā)布一款恒定超大光圈變焦鏡頭！

　　圖7 ?？低旽V0733D-6MP鏡頭

　　這款鏡頭僅從參數來(lái)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(shù)，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(chǎng)景，這款鏡頭的圖像亮度要高很多。同時(shí)此款鏡頭采用恒定光圈技術(shù)，在全焦段任意焦距下使用時(shí)，鏡頭的最大光圈值都是0.95。在夜間等較暗的環(huán)境下，恒定超大光圈技術(shù)讓監控畫(huà)面更亮，從而保證了夜間監控的高清化。

　　日系鏡頭，F1.5?？低旽V0733D-6MP鏡頭，F0.95

　　圖8 低照度效果對比

　　四、結語(yǔ)

　　高清化已是視頻監控行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，高清設備也是各大安防廠(chǎng)商逐鹿市場(chǎng)的必備武器。作為在成像過(guò)程中起到關(guān)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(shù)會(huì )不斷成熟和普及，新的技術(shù)如文中介紹的4K超高清技術(shù)、超大光圈技術(shù)，也會(huì )不斷進(jìn)步和應用，也進(jìn)而加速鏡頭的高清化步伐。