超高清趋势下镜头的发展和突破

    随着安防行业的快速发展，4K、8K已经开始被大家熟知和需要，在超高清要求的趋势下，镜头将该如何发展和突破呢?以下是本人的见解，供大家参考讨论。

    镜头的清晰度

    清晰度是镜头的关键要素之一，也是衡量镜头的最为重要的标准。当今的4K高清镜头，与普通镜头相比具有清晰度高、光谱透射能力强、做工更精密等优势。一般选取镜头成像圈中心及0.7视场的解像力作为评判镜头清晰度的标准。

    解像力是镜头对被摄物体的点像的再现能力。通常我们的理解就是镜头能够分辨出很细微的细节，而且越精细越好。解像力好的镜头拍摄的照片肯定是毫发必现般的清晰，反之较差的解像力则容易丢失许多肉眼可见的细节。

    4K超高清镜头的物理分辨率为3840×2160，是1080P的4倍，约为720P的9倍，从理论角度来讲，基于4倍于1080P的分辨率，相同细节要求下，4K摄像机应该可以呈现4倍于1080P的视角范围。实现减少从布控摄像机的数量，满足更高清的实时监控需求。

    4K高清镜头之所以具备较佳的高清性能，离不开其采用的关键技术：ED超低色散材料技术、非球面技术(ASP)的使用和大光圈，超低照度技术的运用。普通监控镜头，在设计上也会考虑校正不同波长光线(红、绿、蓝)的像差，但通常是将两头的红、蓝两种色光的聚焦同一位置上，但和中间的绿光焦点仍然不重合，即存在二级光谱的像差，限制镜头成像质量进一步提升。为了校正二级光谱，4K高清镜头广泛使用了ED超低色散的光学玻璃材料，利用其不同于常规光学玻璃的色散特性，可以将红、绿、蓝等色光聚焦到同一个平面上。非球面技术(ASP)的使用，传统的球面技术发展到今天，其设计技术和制造工艺都已相当成熟，在光学行业的几乎所有领域都有广泛的应用。然而在设计复杂4K高清镜头时，球面技术的成像效果无法达到最佳。非球面技术可以校正球面像差，大幅度提高镜头的成像质量。非球面镜片形状是通过精确计算并由精密机器模造而成，一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。采用超精密模造非球面镜片的镜头可以有效地减小镜头体积的同时，使得镜头的成像更清晰，透光度更好，色彩还原更加准确。大光圈，超低照度技术的运用。镜头作为摄像机的“眼睛”，在相当程度上决定着监控的成像效果，而在夜晚，即低照度下，决定监控效果的关键参数是其最大光圈值，这个最大光圈值直接决定外界可有多少光线透过镜头到达传感器以进行光电转换，光线越多，低照度监控效果便越好。最大光圈值用F值表示，F值=f(焦点距离)/D(镜头的有效口径)，镜头的光圈大小，即F值的大小直接决定了镜头的通光量。光圈越大，F值越小，通光量越大，照度越好;反之亦然。

    镜片的多层镀膜

    镜头的镀膜一般镀增透膜，主要的作用是降低镜片表面的反光，减少光衰减。

    早期的镜头有没有镀膜的，一些简单的镜头也有单层简单镀膜的。现代镜头都是多层宽带增透镀膜技术。但是镀膜不能答到100%的通过率，仍然会有一部分光反射，所以镜片会有各种颜色，在一支镜头上的镜片不会全反射一种色光，所以你看到的镜头经常会反射各种各样的颜色。

    多层宽带增透镀膜技术，能最大程度地提高镜头的光线透过率，降低光线在每个光学镜片表面的残余反射。该技术可以将玻璃和空气界面的可见光反射率抑制到0.5%以内，同时将近红外光的反射率降至约1%，通过高质量的镀膜，减少了图像上不必要的杂散光和鬼像，有效提高画面的通透性，亦保证了可靠的高清效果。

    多层宽带增透镀膜技术，能大幅改良光线透射率并具有更低的折射率。由于降低了反射，该技术可使画面更锐利、明亮，且具有更少的炫光与鬼影出现，即使在如逆光等特定光线条件下也同样出色。

    镜头在强度及抗干扰性上的突破

    随着安防应用领域的延伸，镜头也需要适应各种不同的应用环境，增强镜头的强度和抗干扰性是不可回避的。镜头需作以下三方面的改善和提示：防抖、温差矫正和透雾。防抖是一个在镜头中加装的影像稳定系统，是为了满足使用中长焦距镜头而设计。防抖分为光学防抖和电子防抖。光学防抖是在镜头中设置专门的防抖补偿镜组，根据相机的抖动方向和程度，补偿镜组相应调整位置和角度，使光路保持稳定。电子防抖主要指在数码照相机上采用强制提高CCD感光参数同时加快快门并针对CCD上取得的图像进行分析，然后利用边缘图像进行补偿的防抖，电子防抖实际上是一种通过降低画质来补偿抖动的技术，此技术试图在画质和画面抖动之间取得一个平衡点。与光学防抖比较，此技术成本要低很多(实际上只需要对普通数码相机的内部软体作些调整就可做到)，效果也要差。

    温差校正镜头，光学设计校正温差后镜头能适应高低温的环境增强。由于安防监控系统大部分都是安装于户外，暴露在炙热的阳光下或寒冷的空气中。过高或者过低的温度环境都会导致镜头中光学镜片的折射率和阿贝数发生变化，这一变形直接就导致了聚焦不准确、图像不清晰。通过光学设计上将不同温度系数的玻璃进行优化设计，使得在温差(-30度~70度)范围内光学成像质量不下降，这样镜头适应环境能力逐步提升，在高温、寒冷等极端天气里图像依然不减。

    透雾镜头，透雾源于远距离、复杂环境下的监控需求。雾是漂浮在空中的细小颗粒组成，单位体积的颗粒数越多雾就越浓。可见光波长较短，无法穿透薄雾，这就是有雾的清晨能见度非常低的原因。而近红外光波长较长，这一特点使得红外光可绕射微小颗粒，实现透雾的目的。透雾模式下，滤光片会滤掉可见光而只保留红外光，配合镀膜增透技术，透雾镜头在能见度极低的情况下也能实现远距离全天候监控，并且在正常以及透雾模式下保持焦面不偏移。

    透过云雾、水气拍摄物体，相当于透过了两重透镜(水珠与实际透镜)，除了R光线可以正确聚焦在CCD成像面上，RGB光线中的GB均无法正常的投射在CCD成像面上，这样就造成了普通模式镜头无法正常、清晰的得到云雾、水气中的图像，众所周知，索斯克日夜穿雾系统的技术，不但在日夜功能上及自动修正纵向色差上的特殊功能，使透雾技术及原有的日夜功能，对白天彩色RGB及夜晚的IR能量进行更精确的纵向色差调整，使RGB及IR等大自然能量更准确、集中到镜头成像面上，从而达到透过云雾、水气拍摄环境及目标图像。

    镜头的精准调节和智能化

    镜头的调试精准化和智能化给整个安防系统的安装带了便利，极大的提高了效率。也是目前镜头的改善发展的趋势。

    镜头的精准化调试体现在两方面：

    1.精密变焦凸轮调节聚焦，通过凸轮的旋转，带动变焦和聚焦组镜片前后移动，从而实现焦距的连续变化和聚焦点的调节。如果凸轮的精度不佳，则在变焦和聚焦的过程中，不可避免的会出现透镜光轴的偏移或者倾斜，导致成像质量的严重下降。精密变焦凸轮设计技术，能保证良好的凸轮制造精度，确保变焦和聚焦过程中的成像质量，同时也保证了顺滑而不失阻尼感的调节手感。

    2.镜头后焦可调技术。后焦距也称背焦距，指的是当安装上标准镜头(标准C/CS接口镜头)时，能使被摄景物的成像恰好在CCD图像传感器的靶面上，首次使用镜头时一般都需要对摄像机的后焦距进行调整。根据经验，在绝大多数摄像机配接电动变焦镜头的应用场合，往往都需要对摄像机的后焦距进行调整。由于各摄像机厂商的不同导致后焦值有一定的波动，镜头后焦可调是指在镜头结构中设计有可调机构，能适当的调节镜头接口(标准C/CS接口镜头)到摄像机的距离。

    镜头的智能化调节，传统镜头依靠手动调节，通过调节变焦环与聚焦环实现镜头的变焦与聚焦调节。镜头的智能化调节是将镜头的聚焦环，变焦环及光圈与步进电机相连，通过步进电机驱动来完成镜头的调节。不但具有调节过程精细，调节方便的优势。更重要的能够实现将调节过程程序化，后台调节，与对应程序实现智能化调节。