高清監(jiān)控鏡頭四大技術及發(fā)展趨勢

作者：海康威視研發(fā)中心 光學工程師劉超

2015年，安防監(jiān)控行業(yè)依舊迅猛發(fā)展，視頻監(jiān)控高清化的步伐越走越深，同時高清化也促進了視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡化、智能化，加快高清監(jiān)控大時代的進程。

在高清化普及之前，監(jiān)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(xiàn)場是有監(jiān)控攝像機的，但查看錄像后發(fā)現(xiàn)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(jiān)控鏡頭發(fā)展現(xiàn)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(jié)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(fā)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(yōu)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?？低?、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?？低暈榇淼膰a品牌逐漸取代日系品牌，開始占據(jù)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?？低暤母咔彗R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。

傳統(tǒng)的球面技術發(fā)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(yè)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(xiàn)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。

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。

普通監(jiān)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?？低暠O(jiān)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(guī)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(yōu)。

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(xiàn)焦距的連續(xù)變化和聚焦點的調節(jié)。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(xiàn)透鏡光軸的偏移或者傾斜，導致成像質量的嚴重下降。?？低暩咔逑盗斜O(jiān)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(jié)手感。

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(xiàn)之前，主流高清監(jiān)控鏡頭像素為六百萬以內。4K超高清技術的出現(xiàn)，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。?？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1200萬像素，能提供超高清的圖像細節(jié)的同時，具備165度超廣視角，很適合于廣場、道路等場景的監(jiān)控需求。

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海康威視HV0733D-6MP鏡頭，F(xiàn)0.95