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關(guān)于鏡頭焦距與監(jiān)控距離相關(guān)問題的研究
編輯 :重慶監(jiān)控安裝    時(shí)間: 2017-12-13 14:47:39

鏡頭的作用是把被攝景物準(zhǔn)確成像在攝像器件的靶面上,并構(gòu)成一幅清晰的光學(xué)圖像,以便轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行后期信息處理。鏡頭質(zhì)量的好壞以及鏡頭與攝像器件是否配置合理,都將影響成像的質(zhì)量。

  實(shí)際的重慶監(jiān)控攝像機(jī)鏡頭都是由許多單元透鏡組合而成的。最基本的兩種透鏡就是凸透鏡和凹透鏡。凸透鏡的作用是“聚光成像”,它可以使入射的平行光束,經(jīng)折射后會(huì)聚在一起,即在折射面的另一側(cè)形成一個(gè)焦點(diǎn)F,通常稱為實(shí)焦點(diǎn)。凹透鏡的作用是“散光不成像”,即平行光束通過凹透鏡之后折射的光線是發(fā)散的,但其光線延長線交于入射光一側(cè),在主光軸上形成一個(gè)焦點(diǎn),稱為虛焦點(diǎn)。

  需要指出的是,透鏡成像總是存在著“像差”、“色差”以及幾何失真,這是因?yàn)椋旱谝唬哥R表面上各點(diǎn)的曲率半徑很難做到完全一致,導(dǎo)致聚焦不好,產(chǎn)生“像差”;第二,透鏡表面對(duì)不同波長光的折射率也有所差異,導(dǎo)致“色差”;第三,物體離光軸的距離不同時(shí),透鏡對(duì)它的放大率是不一樣的,這樣垂直于光軸的物體各處的放大率隨與光軸的距離不同而不同,因而造成了幾何畸變(如桶形失真和枕形失真等)。

  為了消除像差、色差和幾何畸變,在實(shí)際鏡頭中,總是把凸透鏡和凹透鏡適當(dāng)?shù)慕M合在一起。由于正負(fù)透鏡的作用剛好相反,所以可以提高鏡頭性能,改善成像質(zhì)量。

  視頻攝像機(jī)的鏡頭一般可視為等效于象凸透鏡這樣的匯聚透鏡,因此成像原理也遵循凸透鏡成像的規(guī)律,只不過鏡頭的焦距f是各個(gè)透鏡焦距的合成焦距,如下圖所示。

  圖 凸透鏡成像原理

  根據(jù)光學(xué)原理,可以得到凸透鏡成像的一般公式:

  其中,S為物距,S’為像距,f為焦距。對(duì)于視頻攝像來講,在實(shí)際應(yīng)用中,往往物距遠(yuǎn)大于像距(即S>>S’),所以可以近似地認(rèn)為f≈S’,也就是說,視頻攝像的像平面與焦平面近乎重合。設(shè)物高為h,像高為h’,則鏡頭的線放大率m計(jì)算如下:

  因此,像高h(yuǎn)’計(jì)算如下:

  從上式中可以看到,景物在攝像器件上成像的大小,與物距、焦距和景物的大小有關(guān)。當(dāng)焦距f固定時(shí),物距越小,成像尺寸越大。當(dāng)景物和攝像機(jī)的相對(duì)位置固定時(shí),即式中h、S不變時(shí),通過調(diào)整焦距f,也同樣可以改變成像的大小。成像的大小與焦距f成正比,即f越大,成像也就越大。

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