百万高清镜头:关键技术是产品提升核心?

　　前言：高清盛行，当工程商意识到镜头是保障图像质量的重要环节后，其在镜头的选择上也相对严谨，致使镜头厂商围绕镜头清晰度与成像质量不断投入资金。随着百万高清摄像机应用的增多，传统镜头的光学成像已经不能满足百万像素摄像机的高清晰的效果效果，百万高清CCTV镜头的应用也在加快步。高清镜头市场将会成为主要竞争趋势，能否跟上高清监控的脚步，将会决定在竞争中的胜负。

　　目前，活跃在国内CCTV镜头市场的主要厂商有日系腾龙、图丽、精工、宾得、FUJINO、computar，KOWA、SENKO，以及国内的上海凤凰、福建福光、鸿发光电、启光、长春东亚光学等。从采访得知，国内镜头厂商百万高清监控镜头占据了企业镜头生产的30%，而且每年高清镜头的出货量也在快速增长。从企业中也了解到，百万像素对应镜头的中长焦大变倍电动变焦镜头以及带IR红外功能的镜头在销售和应用中增长最为迅猛。

　　关键技术是产品提升之核心

　　从百万像素镜头这一年来的发展可以看到，更高的像素需求和更高密度透光率的镜头镜片受到市场需求的不断刺激，更高像素的镜头应用也表明，高清摄像机的高清程度的进展仍在继续往更高分辨率发展中，从百万像素镜头逐渐过渡到200万、300万乃至500万像素的高清百万像素镜头已势不可挡。

　　“相比普通CCTV镜头，百万像素镜头需要更高品质的镜片材料，更先进的镀膜水平、更合理的光学设计，更精密的零部件加工条件，更严谨的装配工艺;如此才能实现监控需求的更清晰的画质。”上海肯高商贸有限公司北京分公司市场部经理刘郭艳表示。

　　非球面镜片技术提高高清效果

　　非球面镜片技术是百万高清镜头一项非常重要的技术，它也是镜头获得高清效果的重要保证。传统的球面镜片具有球面像差的先天缺陷，从而带来了无法克服的光斑现象，极大影响成像质量。而用非球面镜片，使光线经过高次曲面的折射，就可以把光线精确地聚焦于一点。再者非球面镜头也可以简化镜头的光学结构。如 FUJINO(富士能)百万高清镜头产品就充分运用广播电视用高清镜头的高度光学设计技术，一片非球面镜片就可完成数片镜片功能。

　　由于使用一片非球面镜片可以代替一组球面镜片，从而使摄像镜头的光学结构相对简化，这样在光学通路和机械结构上容易获得更大的通光口径。并且，非球面镜头能使边缘部分的光线与中央部分的光线都能穿过镜片聚焦到同一个平面，从而能清晰有效的利用整个镜片的表面，使整个镜片都能正确聚焦，相对使有效通光口径变大。如KOWA公司生产的LMVZ38A-IR(1/3”f/3~8mmF/1.0)系列镜头。这种镜头之所以达到F/1.0，就是用了非球面镜片的原故。

　　非球面镜头的有效通光口径增大，就能让更多的光线投射到CCD感光面上，也相应于增加了灵敏度。并且，因为一片非球面镜片能顶替好几片一组的球面镜片，从而使摄像镜头的体积缩小、重量也减轻，并且光线经过的镜片少，因而使透光率大大增强，图像画面也变得细致明亮。如KOWA的LMVZ550A- IR(1/3”f/5~50mmF/1.4)系列镜头，其中仅使用了两片非球面镜片。它不仅实现了体积小、重量轻，而且增强了透光率，保证了成像质量。

　　非球面镜片的重要特点是可以改善镜片边缘部分对光的折射率，使镜头的边缘成像变好。而球面镜片，尤其高倍率球面镜头，更容易出现球差和图像失真，尤其光线在球面镜头边缘过折射引起的桶形失真，将非球面镜头用于高倍率的变焦镜头时，由于非球面镜头将边缘入射的光线按球面镜头失真的反方向进行了修正，从而有效地消除了桶形失真。

　　“多层复合镀膜”解决色差之利器

　　镜头为什么需要镀膜?因为任何物体对光线都有反射作用，连无色透明的玻璃也不例外，差别在于光线的角度是否会形成反射效果。理想的镜片透光情况是光线能够完全透过镜头，并完整的在 CCD上聚焦。然而，事实上每一种镜片都受到自身物理因素的限制，导致像差的产生，所以，当多种镜片结合成的镜头是不可能让理论上所有各种角度的光线完全穿过，会形成一定的炫光。而百万高清CCTV镜头较于普通CCTV镜头技术要求更加严格，所以绝大部分镜头都采用多层复合镀膜技术。

　　多层镀膜的镜头，其镜头的透光率极高，镜片表面的直接反光很弱，正对着镜片玻璃逆光观看，只见镜头内“很黑”，只有从镜片的侧面观察才可以看到彩色的反光，这种反光多为深红、深蓝、深黄和深绿色。其中深绿色的镀膜可以同时增加光谱两端的蓝光和红光的透过率，只有光谱中部的黄绿色光才被反射回来。多层镀膜的镜头，其各个镜片不可能都镀上同一种增透膜，否则这个镜头就会发生偏色。

　　IR红外对应技术提供全天候高清监控

　　在24小时的全天候监控中，经常会发生白天画面清晰，夜晚画面模糊的现象，即便是高清监控系统也会出现此类问题。原因在于，由于光的波长不一样，通过镜头后的折射也不一样，这就产生了色差。色差是镜头清晰度下降、聚焦不实的重要因素，普通的CCTV镜头在光学设计的时候只针对350-700nm的波段光进行色差修正，高于700nm的红外光则不在考虑之内。这就造成了可见光与近红外光(700nm-1000nm)的聚焦面是分离的。根据此问题，通过特殊的镀膜设计与特殊光学材质的运用使得350-1000nm波段范围内的光都能很好的纠正色差，IR红外对应技术也相应产生。它的出现，可以使监控系统在红外光源的辅助下获得清晰的成像。

　　“苛刻”的材料应用与精密的零部件加工

　　随着 CCTV镜头市场竞争的日趋激烈，越来越多的CCTV镜头使用塑料机身。从材料学的角度来说，金属部件的精度及耐用度固然要好于塑料，但随着塑胶加工技术的不断完善，其技术性能指标已经越来越高，而其成本低，易于大批量加工的优势得以体现。精密的零部件加工与严谨的装配工序是镜头性能的重要步骤，且高精度，高难度金属部件的生产是厂商机械加工能力的体现。PHENIX(凤凰)在CCTV镜头上所使用塑胶材质是添加了“钢塑纤维”的特殊材质，其热胀冷缩性能完全达到金属铝的标准，完全适用于最为严酷的监控环境，且通过最现代化的设备和加工技艺，PHENIX(凤凰)的最高模具精度可以达到惊人的1微米。通常CCTV厂家的产品使用温度为-10~-50℃，而PHENIX的产品为-20~ 60℃。而且凤凰的镜头全部达到环保要求，不会在生产过程中对环境产生破坏，而大批量的注塑冲压成型设备使得高精度的模具立刻带来高品质的塑料部件。图丽高清镜头产品所用材料皆是高性能航天用工程塑料外壳，并采用特有的镜筒外壳防滑设计，在接口处采用耐磨铝合金，并非一般厂商采用的镀铬或塑料，不会出现滑丝现象。

　　超低色散镜片还原真实色彩

　　不同波长的光线会有不同的折射率，红、蓝、绿三种基本光源聚在不同焦点上，从而产生色散问题出现，当镜头的焦距越长，色散也就越明显。在现实生活中，长焦镜头的使用当然必不可少。ED(Extra- lowDispersion)和LD(LowDispersion)镜片的出现能很好的改变此类问题，FUJINO、图丽、computar等专业镜头厂商的产品对ED镜片的使用毫不吝啬，腾龙则大多采用LD镜片作为解决色散的主要手段，也有用XLD超低色散镜片。

　　镜头的选择需从实际出发

　　百万高清镜头的种类有很多种：手动、自动光圈、手动、自动变焦、长焦、定焦、鱼眼、自动聚焦、红外对应镜头等，根据不同的行业需求与监控环境选用适合的镜头非常重要，毕竟这关系到监控系统、监控效果与投入成本。对于封闭的走廊、无光线直接照射的内室，选用手动变焦镜头比较合适，毕竟相对自动变焦镜头，前者成本较低。对于光线环境经常变化的监控场所，主要选择自动光圈。而自动光圈的控制信号又分为DC(直流电压控制)及VIDEO(视频信号控制)控制两种，目前，从工程商的应用情况来看，前者居多。

　　定焦、变焦镜头的选用取决于被监视场景范围的大小，以及所要求被监视场景画面的清晰程度。一般来讲，如在电梯此类狭小的监控区域，优先选用短焦广角或者超广角定焦并且。如日产ComputarT2Z2814CS-2镜头，这种镜头为1/3”CS型接口手动光圈镜头，其焦距2倍可调(手动调焦)。调焦范围为2.8-6.0mm，视场角变化范围为96°-47.2°，这种镜头非常适合在狭小的被监视环境中使用，在使用时可方便地根据实际需要，灵活实现对被监视场景的“点”或“面”的监视效果。或者选用鱼眼镜头，不过此类镜头造价相对昂贵许多，如不考虑成本的情况下，要实现无盲角监控还是一个不错的选择。

　　在大范围监控场所下，一般选用长焦镜头。如在室内的仓库、车间、厂房等环境中一般选用6倍或者 10倍镜头即可满足要求，而在室外的库区、码头、广场、车站等环境中，可根据实际要求选用10倍、16倍或20倍镜头即可。一般情况下，镜头倍数越大，价格越高，可在综合考虑系统造价允许的前提下，适当选用高倍数变焦镜头。如远程高清监控距离在1公里以上，甚至更远距离，这种远距离空气的成分变化，远处环境的影响都会要求这类镜头具有一些特殊的功能，如透雾透尘、日夜IR功能，来保证远程高清监控拍摄很好的效果。KOWA生产的长焦镜头具有3-CAM技术，该技术不需要轨道来定位镜片，镜片移动时采用螺旋推进，即镜片围绕主轴旋转前进，所以不会发生偏心的情况，对于长焦镜头的运用非常合适。目前KOWA 生产的8-120m、8-240m、12-360mm等长焦镜头高达500万像素，不仅在清晰度上有优异表现，其透雾性能也相当不错。

　　结束语

　　随着高清监控发展的日趋明显，安防行业技术慢慢走向成熟，高清镜头除了光学性能的提升，镜头的生产和组装也发生着变化。如今，百万像素镜头面临的主要问题有两个：一是制造工艺、加工精密度等方面都比普通镜头要高;二是目前在监控高清领域，后端很多产品如传输设备、显示设备、录像设备、带宽等的高清化还不理想，面对如此挑战，百万高清监控镜头要想真正实现普及还有一定的难度。不过种种迹象表明，百万高清镜头的出头之日不会太久，在未来3-5年内，高清监控镜头将拥有理想的市场反应。