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如何选择电动变焦镜头

如何选择电动变焦镜头
——浅析电动变焦镜头采购中的误区
画质是关键
     镜头作为整个监视系统中的最前端,与摄像机的配合是取得高画质的关键,作为摄像机的眼睛,其重要性不言而喻。与手动变焦镜头不同,电动变焦镜头一般都使用在室外较为广阔的场景。随着安防行业的迅速发展,以及国家对基础设施投入的加大,像森林防火、海事管理、港口、边防、油田等这些行业及领域对于电动变焦镜头的需求有了明显的增长。由于其行业及施工安装的特殊性,对产品的品质有着很高的要求。那么面对众多镜头品牌以及型号,我们应该怎么样来选择合适自己需要的电动镜头呢,以及在采购中要注意些什么东西呢?笔者不想与大家探讨深奥的光学问题,只是希望从一些浅显易懂的方面来解释一些误区,希望能够对大家选择电动变焦镜头有所裨益。
对电动变焦镜头的需求明显的增长
   首先,我们对电动变焦镜头的定义做一下概括,本文所讨论的是指采用C/CS接口的,与普通枪型摄像机配合使用的,变焦,聚焦以及光圈机能等可以通过后端控制器人为控制的CCTV镜头。一般来说,电动变焦镜头的变焦倍数都比较大,常用的有6倍,7倍,10倍的镜头,焦距大多在100mm以下,还有15倍,16倍,20倍,22倍等中倍数的,焦距大多在100mm-300mm之间,再往上还有,30倍,33倍,50倍,100倍,一般焦距都在300mm以上的,有些甚至可以达到或超过1000mm,特别适合超远距离监控。与手动变焦镜头不同,电动变焦镜头由于焦距可以通过后端人为改变,对于场景中的重点部分可以拉近放大观察,监控效果非常好。目前,电动变焦镜头与手动变焦镜头一样,高端的技术及产品掌握在大多数日本厂商手中,众所周知,在近半个多世纪以来,日本的光学行业发展的相当迅速,目前全球高端CCTV镜头市场几乎被日本品牌所垄断,而电动变焦镜头特别是大变倍的镜头更是如此。电动变焦镜头的开发需要有非常深厚的光学技术及大量的研发资金,具有丰富的电动变焦镜头产品线的厂商在全球来看都是非常少,且电动变焦镜头的价格一般都比较贵。中国也有个别的厂商生产电动变焦镜头,基本上都是由原来的军工企业或者是光学研究所转过来的,由于生产电动变焦镜头,受到设计,产品原材料,关键技术等多方面的影响,中国的企业虽然有很好的设计,但由于受其他条件所限,能够生产并销售的,事实上非常少,且效果不佳,当然也有甚者,干脆只做仿日本品牌的假冒产品,其质量就更加不敢恭维了。接下来,笔者通过几个方面与大家探讨一下电动变焦镜头的选择。
   手动变焦镜头与电动变焦镜头
首先,大家必须明白电动变焦镜头的开发原理与手动变焦镜头是不一样的。电动变焦镜头是一个完美的光,机,电三项技术的结合。电动变焦镜头的开发需要有非常深厚的光学技术作为基础,同时需要投入大量的研发资金,这也就是目前市场上能够具有丰富的电动变焦镜头产品线的厂商非常少,且电动变焦镜头的价格非常昂贵的主要原因。事实上,大倍数电动变焦镜头在开发的过程中需要解决很多光学问题,比如纵向色差的问题,聚焦不实的问题,并不是可以做手动变焦镜头的厂商都可以做电动变焦镜头,比如目前国内手动变焦镜头销售比较好的几个品牌,有的几乎没有电动变焦镜头,有的有几款如10-200mm,10-300mm,但效果非常不好,聚焦不实,解像力低。其实,这本身也是企业实力的体现,并不是这些厂商不想做,而是碍于技术等各方面原因无法做。
随着一体机的兴起,很多工程商认为电动变焦镜头的时代已经过去了。一体机由于其易于安装调试,价格便宜很受工程商的欢迎。事实上,一体机的兴起对于电动变焦的销售确实产生了一定的影响,尤其是10倍及以下的小倍数电动变焦镜头目前的销售数量确实有减少之势,但是对于中长焦距的电动变焦镜头,一体机还是无法企及的。一体机大多由1/4”英寸的CCD作为成像元件,小尺寸的CCD注定了其镜头的特征是在于广角而不是在于长焦,以目前市场上流行的22倍一体机为例,使用过的客户都有感觉,这个22倍的镜头广角很厉害,但是长焦并不那个看很远。此外,一般电动变焦镜头适配的都是1/3”或者1/2”英寸的枪型CCD摄像机,一体机的小尺寸CCD与其相比,在动态范围,照度,清晰度,稳定性等很多方面都不是前者的对手,很多工程商都有这样的感觉,一体机方便是方便,但是成像质量以及稳定性实在没法和枪式摄像机相比。
   此外,一体机的核心在于自动聚焦,(不带自动聚焦功能的简易一体机在笔者看来是画蛇添足),但是聚焦系统的工作后于变焦系统,且效果与速度各不相同,有些普通的一体机经常发现变焦后,需要1-2秒的时间来聚焦,且聚焦不实,如果由于监控要求需要频繁的使用变焦功能,很容易发生整个画面始终处于聚焦过程,而无法及时观看现场的情况,在实际的使用中会很不方便。此外,自动聚焦技术一直以来都是技术的最前沿,很多照相机厂商都在一直在研究提高其速度及准确性,目前应用在我们安防行业的自动聚焦都是属于几代前的产品,效果是大打折扣的,所以大家一定会有这样经历,在监视器画面上看效果还可以,但是一旦通过DVR回放就会发生效果大打折扣的现象,这就是由于DVR的回放,放大了原来人眼在观看动态画面时的延迟效果,使得聚焦不实的情况真实的体现出来了。而在这一点上,电动变焦镜头可以通过景深的调节,在长焦端将光圈开到较大,聚焦准确后,使得从长焦端到广角端在变焦过程中始终保持清晰,在DVR中回放出的画面也可以是帧帧都是清晰的。
   结论来说,在中长焦距的监控上,电动变焦镜头是一体机无法取代的。这一点也和现实的市场情况相符合,在道路,森林防火等很多远程监控的场景,以及对于画质有较高要求的地方,大家还都必须使用电动变焦镜头。    
    变焦倍数及焦距
   大家在选择大倍数电动变焦镜头,有几个误区。第一,只看变焦倍数,很多工程商在选择这些镜头时只关注倍数,即是不是20倍或30倍的镜头,认为倍数越大,可以看到的距离就越远,但实际上镜头的倍数并不能完全反映出镜头的焦距指标。光学变焦倍数只是表明一个镜头相对的焦距变化范围,而不能表明一个镜头的绝对焦距指标。因此在实际使用中必须根据情况加以甄别。比如一款焦距为5.5-187mm的34倍镜头和一款焦距为10-330mm的33倍镜头,虽然前者是34倍的镜头,但其望远端只有187mm与后者的330mm有着相当大的差距,在远距离监控上两者的效果是不可同日而语的。第二,只看长焦端的焦距。也有很多工程商知道实际的焦距代表着镜头的望远能力,所以对于长焦端的焦距指标非常在意,但往往忽略了广角端的焦距,即不管光学变焦倍数。事实上,在镜头的开发里面有一个基本规律,那就是只做光学变焦倍数不难,只做长焦距也不难,最难的就是做到广角与长焦兼顾的大变倍镜头。举个离子来说,比如,一款1/2″10-500mm的镜头,在其广角端10mm时的视场角约为35°;另一款1″23-506mm的镜头,在安装在1/2″摄像机上时其广角端23mm只有约15°的视场角。从长焦短的指标来看两者基本差不多,但在镜头的开发中,这两个镜头根本不是一个数量级,成本上能够有5-10倍的差距。前者为一款50倍的镜头,而后者是一款22倍的镜头,前者在做到长焦的同时,提供了广角端非常大的市场角,而后者只是为了做500mm的这个长焦,放弃了广角端的市场角,这样开发会简单很多,成本也会大幅下降,但在实际使用中,这两者的效果就完全不一样了。22倍的这款镜头只能用于在某个定点方向上的监控,而50倍的这一款就可以做到即可以监控非常大的场景范围内有任何异常现象,同时又可以做到对其细节做到拉近观察。以森林防火行业为例,一般来说,我们会在几个制高点上安装几台监控摄像机配合大倍数电动变焦镜头,用最少的监控点来覆盖周边5-10公里范围内森林的情况,由于地貌的限制,制高点的数量是有限的,由于预算的限制,也不能无限加装摄像机。这时,如果你采用50倍的镜头,你会发现,可能只需要5-10只就可以完成周边10公里范围内的监控,而采用22倍的镜头,你必须要安装20个以上监控点才可以不留死角。所以广角的重要性是不言而喻的。
变焦倍数及焦距 
   根据现场的实际情况来选择合适倍数及焦距的镜头是非常重要的,在满足长焦距的情况下,费用允许的话采用倍数大的,广角的镜头会让实际的使用效果妙不可言。
    光圈值和解像力
   光圈作为一个镜头的重要指标,将会直接影响到镜头在白天和夜晚的使用效果。光圈值F越小,表明镜头的通光量越大,在夜间的效果就会更好。F值越大,表明镜头的通光亮越下,在白天或者强光效果下,图像的表现力更好,不会过暴。这一点大家基本上都是知道的,所以在选择镜头的时候,尽量考虑光圈范围大的镜头,这样使用的场景会比较多。笔者在这里希望提醒大家的是,由于CCTV镜头厂商的惯例,镜头出厂的时候都只表明一个镜头的较大光圈和最小光圈。但事实上,较大光圈和最小光圈是随着焦距的变化而变化的,并不是一个固定的数值,也就是说在每一个镜头焦距上都有一个较大光圈和最小光圈的数值。以较大光圈这个重要指标为例,一个镜头的较大光圈永远只会在最广角端,且这个数字是随着焦距的增加而减小。
   焦距10mm30mm50mm100mm150mm200mm220mm
   镜头a(较大光圈)F1.9F2.4F3.0F4.0F5.6F8.0——
   镜头b(较大光圈)F2.2F2.4F2.6F3.0F3.2F3.4F3.5
   虽然光圈的减小是不可避免的,但每个镜头的减小幅度是不一样,这也体现了一个镜头的光学素质。大家肯定会有这样的经验,使用某个镜头标称的光圈很大,比如说F1.9,但在实际使用中,镜头一变焦,马上画面就暗下来了,到了200mm的时候,画面就非常暗了。其实这就是说明这个镜头只是广角端的光圈很大,随着焦距的变化,光圈的衰减是非常厉害的,并不是一个好的镜头。但是很可惜的是,没有一个镜头厂商会表明一个镜头在各个焦距端的光圈,大家只好以实际的效果来判断。从上面的表中,大家很容易判断,镜头b的实际效果是比镜头a好的,虽然镜头a的较大光圈值是F1.9,而镜头b是F2.2
   当然,评价一款镜头的质量还有很重要的一点就是它的解像力。任何一款镜头,其广角端的解像力肯定高于其望远端的解像力,随着焦距的扩展其解像力是下降的;同样其中心的解像力也要高于边缘的解像力。因此,在选择一款高品质的电动变焦镜头一定要关注其长焦时的清晰度。因为在广角端所有镜头的解像力差别都不明显,但到了长焦端就会有人眼可以关产出的明显差别。以国内非常著名的一款30倍变焦镜头为例,其焦距为10-300mm,但很多用户都反映这款镜头一旦焦距超过200mm后解像力就明显的下降,同时聚焦很难聚实,画面昏暗,效果不佳。其实,这是镜头自身设计的原因,镜头厂商穷其一生都在做的一件事情就是如何尽量减少镜头在望远端的解像力衰减问题,这一点是非常考虑镜头厂商光学实力的地方,但能够做的好的厂商非常少。只有国际专业厂商拥有50多年历史的世界级光学大厂才具备这么深厚的功力。
  以上几个方面是大家在选择电动变焦镜头时的一些关键点以及一些误区。事实上,电动变焦镜头涉及的光学,电子,机械方面的知识非常多,不是简单几句话就可以说清楚的。未尾笔者在这里给出大家几个选择镜头时的小贴士
   1.同一焦距,定焦镜头的效果一般来说都比变焦镜头的解像力好。
   2.一体机虽然方便。但效果一定比不上枪机加同一焦距段的C/CS接口镜头。
   3.不要小看防护罩上的那块玻璃。平板玻璃对镜头解像力的削弱是非常厉害的。如果可能的话尽量使用前端是光学玻璃的防护罩。
   4.镜头表面有了一些灰尘或者有了手印,不要乱擦。一般来说这个不会影响成像,乱擦反而会破坏镀膜。如果非常严重的话,可以用一些中性液体,较好是专用的镜头清洗液加滤纸来清理。
   5.镜头坏了不要自行修理。镜头与摄像机不一样,光学产品的修理具备很高的要求,请联系你的购买商,由厂家负责修理。
   6.不要盲目迷信焦距和光圈的数值。实际效果是因硬道理。这些东西,尤其是光圈,说明不了什么问题,原因可参见前面的部分。不是同样是10-200mm或者10-300mm,光圈指标也差不多,那么效果就差不多的,往往差别非常大,也不是焦距和光圈指标好的,效果就一定好,有时候情况往往相反,一定要实际看效果。
   7.特别注意镜头在长焦段上的解像力。这里往往是一个镜头解像力好坏最容易看出来的地方,看看成像是不是锐利,是不是聚焦容易。
   8.看一看镜头的做工,变焦时是否顺利,声音是不是大,镜头表面的镀膜颜色是否鲜艳。这些细节地方往往很能看出厂商在做一款镜头时的用心程度。
   即使一个镜头也有很多需要注意的地方,而电动变焦镜头的采购往往对整个项目的效果起到决定性作用。笔者希望这篇短文能够对大家在选择镜头的时候有所裨益。未尾预祝大家可以根据自己的需要选择到合适自己使用的镜头

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