附录3 国内安防监控镜头与国外镜头差异
--本文摘自中国安防报,作者为凤凰光学人员,有一定参考意义
安防行业的高清发展趋势,给CCTV 镜头制造厂商在设计水平、产品精度方面提出了越来越高的要求。随着行业认知水平及需求水平的提高,市场对产品技术性能的要求也将会越来越苛刻,没有掌握核心技术的镜头厂商,其弱点将成为竞争中的强大阻力。以目前市场上的 300 万像素高清镜头为例,虽然在其监控画面的中心区域,无论是高端厂商还是中低端的厂商都可以把解像力做到 300 万像素,但从中心区域到画面的边缘,清晰度的衰减技术方面,却存在着巨大的差异:高端品牌产品边缘部分的解像力可以到达 200 万像素,而低端品牌的边缘部分已经衰减为 130 万像素乃至更低,这一技术差异体现在监控画面上便是不同品牌产品中心部分的清晰度相似,但边缘部分的解像力却有着很明显的差距。当然,差距不仅限于此。还有哪些原因造成了监控效果的不同?高清镜头的核心技术又体现在哪些方面呢?下面,我们将从镜头解像力及功能的角度来探讨镜头厂商该如何解决这些问题。
从结构上来看,一个镜头是由光学部件(光学玻璃)、金属部件(机身、主要接环、固定螺丝等)、注塑件以及其他一些辅助部件组成的。对于一个镜头的技术性能,除了体现在整体的光学设计之外,每个组成部件的精度就决定了镜头的光学表现。首先最重要的两项是镀膜技术以及非球面技术,由于前面文章已有介绍,在此将不再赘述。本文主要从注塑成型技术及精加工技术和红外与透雾技术谈起。
1)注塑成型技术及精加工技术
目 前, 市 场 上 的 大 部 分 CCTV镜头均采用塑胶结构,只有部分应用于特殊领域的镜头采用金属机身结构。如果说光学件决定了整个镜头的光学性能,那么镜头机身的精度限制与决定了镜头光学性能的发挥。高精度的镜头机身需要具备高精度的模具成型技术及金属部件精加工技术。大部分高端镜头生产厂商,都具有先进的注塑机精加工车间,其出产的塑胶及金属部品,无论是从精度还是从一致性上都是有保证的,这些是众多国内小厂所欠缺的。镜头领域的高清发展趋势,在对光学设计、光学部品提出更高要求的同时,也对镜头机身的精度提出了更严格的要求。以笔者所在企业凤凰光学为例,在企业内部分别建有现代化注塑成型车间和精加工车间,其模具精度可达 1 微米, 这 些 技 术 均 应 用 于 其 CCTV 镜头产品,以此确保产品性能的稳定。
2)红外与透雾技术
摄像机的日夜应用越来越普遍,使用场所及使用时间也越来越无限制,许多监控场所都要求实现 24 小时全天候监控,有些特殊的野外监控场所则要求在任何气候环境下(如大雾等)都要进行不间断监控。这些都要求摄像机和镜头即使在低照度甚至没有可见光环境中、在布满大雾的环境中,仍能够观察到清晰的图像。根据光的特性,波长越长,光的折射率越小,红外光的穿透能力高于紫外光和可见光。因此,无论是夜视还是透雾,一般均是利用红外光的这一特性。而由于红外光折射率较小,其成像界面则位于成像元件之后,在现有的成像原件上只能形成一个光斑,无法显示清晰的图像,所以对于具有红外功能的镜头,其内部配备有超低色散玻璃(如萤石玻璃等),可以将可见光与红外光的成像面统一在同一个平面内,这样无论是在可见光的环境下,还是在只有红外光的环境中,都可以拍摄出清晰的画面。对于镜头的光学透雾功能,其原理也是类似的。在大雾天气,红外光的透雾能力远远高于可见光,因此,只要在镜头内部加入超低色散玻璃,使得所有光线的成像界面与成像元件处于统一平面,即可实现透雾功能了。
综上,关键技术决定了镜头关键的光学性能。对于相同焦距段、不同品牌的镜头产品,镀膜技术在影响镜头清晰度的同时也影响了镜头的宽动态范围,决定了镜头在低照环境下的光学表现;非球面技术决定了镜头监控画面边缘的清晰度,是高清镜头领域不可或缺的核心技术;而日夜成像及透雾技术则决定了镜头的应用范围。