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电动变焦镜头 高空嘹望的守护者

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    定位高端的电动变焦镜头,一直以瞠目的价格让众多工程商望而却步,从而也导致了人们对电动变焦镜头诸多概念的模糊。本文就为您揭开层层纱幔,让您将电动变焦镜头看个真切。

    近年来,伴随着森林防火、海事管理、港口、油田等行业对安防需求的日益增加,应用在室外的电动变焦镜头由于能满足远距离监控的需求,在业内也越来越受到关注。同时,受到“平安城市”、奥运会等重大项目的影响,使得大变倍长焦的电动变焦镜头在市场上的表现异常突出。

解析电动变焦镜头
    据笔者在采访中了解到,所谓电动变焦镜头,主要是指采用C/CS接口,与普通枪型摄像机配套使用,其变焦、聚焦以及光圈驱动电机等可以通过后端控制器进行手动远程控制的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(注:本文所提的焦距皆为望远端焦距)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。上海聚励电子科技有限公司副总经理马佳庆就谈到,电动变焦镜头与手动变焦镜头不同,由于其焦距可以通过后端人为进行改变,所以对于场景中的重点部分可以拉近放大进行观察,监控效果非常不错。

    电动变焦镜头由于在远距离监控中有非常不错的效果,其在高速公路、河道、城市治安、森林防火、警区、海事管理、油田、工厂等领域都有广泛应用。深圳市科安信实业有限公司销售部经理王刚就表示,在高速公路上,现在一般的球机只有120毫米,适合监看1公里内的监控场景,而通过使用电动变焦镜头,在几公里内都能看清车辆,因此能减少投资成本。不过目前在高速公路上对焦距的要求并不太高,一般200-300毫米的电动变焦镜头便可以,而在海事管理领域,有的就用到了750毫米及以上的镜头。

    深圳紫光积阳科技有限公司总经理张国强也表示,在各个应用领域,对产品的要求主要是在成本控制的基础上,在微观上进行相应的局部调整。而在实际应用中,影响电动变焦镜头的还是电动聚焦的问题,由于采用多点控制,视角比较窄,从而影响了图像的清晰度。为此,各个厂家也都采用了不同的技术进行弥补,如采用长焦镜头+夜视+同步成像+自动跟踪,通过多种技术的融合,来解决聚焦的问题。

技术篇:多种技术助力电动变焦镜头
    据了解,目前电动变焦镜头的高端技术和产品大多掌握在日本厂商手中。中国也有部分厂商生产电动变焦镜头,但基本上都是由原来的军工企业或者是光学研究所转行过来的,尽管有很好的设计,但由于受到产品原材料、关键技术等多方面的影响,能够生产出成品的较少,即使能生产成品其效果也与日系镜头有一定的差距。

    上海聚励电子马佳庆就表示,电动变焦镜头的开发需要有非常深厚的光学技术为基础,同时需要投入大量的研发资金,而且在开发过程中需要解决纵向色差、聚焦不实等诸多问题,因此目前市场上具有丰富电动变焦镜头产品线的厂商非常的少,且价格也相当的昂贵。据了解,目前市场上应用较多的电动变焦镜头品牌主要有FUJINON(富士能)、TOKINA(图丽)、KOWA、pentax(宾得)、computar等,而国内生产电动变焦镜头的厂家主要有长春佶达、福光等。而各个厂家为了增加自己的竞争实力,也都推出了各自的代表性技术以占领更多的市场份额,如KOWA的ED(Extra-low Dispersion)镜片、3-CAM技术、透雾功能,TOKINA的SD(Super Low Dispersion)超低色散技术、可自动聚焦技术,FUJINON的透雾功能等。 [nextpage]

ED镜片、SD技术解决色散问题
    大多镜头厂家都表示,随着镜头的设计越来越复杂,设计工程师不可避免地要和“色散”打交道。据了解,光学玻璃所产生的影像色彩分散现象是指聚焦中心部分会出现同心圆状的色散现象,即在聚焦影像的周围形成异色光斑,并从中心部分逐渐向边缘部分扩大,镜头的焦距越长,色散也就越明显,而这种色散现象对于长焦的电动变焦镜头的影响也就愈加明显。

     为了解决色散给成像带来的负面影响,各大镜头厂家的研发人员对各种镜片材质进行实验,以找出好的解决方案。据了解,目前在技术上比较好的解决方式主要是采用ED超低色散镜片和SD超低色散技术。科安信王刚谈到,普通望远镜头无法摆脱色散的困扰,在物体的边缘会出现色渗现象,而采用ED超低色散镜片则能较好地解决这一难题。ED镜片从20世纪70年代便已经产生了,其可以减少色差,并确保各类波长的光线实际聚焦于同一点,使其具有相同的折射率,满足进光的需求,因此会产生明暗对比强烈但几乎没有颜色失真的影像。

    上海聚励刘郭艳也表示,当标准光学玻璃被用在长焦镜头时,会产生色差现象,在镜头里,它很不明显,但是仍然产生焦外微小的色散,类似光学噪声,对画面有负面的影响。为了消除色差,图丽应用了有超低色散(SD)特性的特殊玻璃材料,能在很大程度上降低由色差造成的二次光谱和光学噪声。

自动聚焦,自带预置位
    由于电动变焦镜头主要应用于长距离监控,而且大多都是10倍以上的变焦倍数,因此需要频繁地使用变焦功能,这样就很容易发生画面聚焦滞后的现象,而如何较好地完成自动聚焦,则显得相当重要。据了解,自动聚焦技术实现的过程就是在摄像机上的视频信号输出端由一个三通接出两路视频信号,一路反馈给自动聚焦镜头,镜头会自动判断主物面的位置,并根据其在摄像机图像传感器上聚焦情况自动调整镜头的聚焦马达,改变聚焦后的视频信号又反馈给镜头,这样往复三次,基本上就可以聚焦清晰,这时的视频信号反映到监视器上,即可成清晰的图像。

    上海聚励马佳庆谈到,目前自动聚焦技术上有两大难点,一是在复杂场景下镜头如何判断主要的监控对象并聚焦清晰,二是远距离场景下如何实现清晰聚焦,这些难题成了大多数镜头厂商开发自动聚焦镜头的瓶颈。自动聚焦镜头适配的一般为1/3英寸或者1/2英寸的图像传感器,其镜头的特征主要在于长焦,而通过镜头里的AF基板能直接把视频信号输入到后端,达到自动聚焦的功能,但目前做得比较好的自动聚焦厂家只是少数。

    尽管自动聚焦在实现过程中还有诸多瓶颈限制,但电动变焦镜头的厂商为了实现画面清晰,达到满足监控的需求,也做出了不同的尝试,而大多数业内人士也都表示,在镜头里增加预置位功能将是电动变焦发展的一个重要趋势。长春市佶达智能工程有限公司总工程师段为众便表示,镜头所带的预置位与球机很相似,在镜头内设置好预置位,通过解码器给一个脉冲电流的信号,这样便能达到快速聚焦的目的。不过目前用得并不广泛,主要还是由于解码器的精度没跟上。不过伴随着解码器技术和工艺上的不断提高,镜头中的预置位功能也将会逐渐普及起来。

透雾功能
    由于电动变焦镜头的应用领域主要为森林、高速公路、海事、铁路等领域,而在这些领域,经常会出现雾天或由于灰尘等而形成阴霾天气,使得能见度降低,从而导致了监控画面模糊不清。为此,是否具有透雾功能也成为了电动变焦镜头的一大卖点。深圳市科安信实业有限公司王刚就表示,过去CCTV镜头还处于300mm以下时,观测距离一般限定在1公里以内,这种应用对天气能见度的要求比较低,但是焦距已经发展到750mm的今天,雾天对监控图像的影响就不得不引起业内的重视了。这种情况在森林防火、油田监控和离海面较近的港口码头等远距离监控中尤为重要。 [nextpage]

    据了解,透雾功能最早兴起于英国,主要是通过对镜头硬件的处理,对镜片的多次研磨、镀膜,并搭配透雾摄像机一起使用才能达到效果。长春佶达光学电子仪器厂段为众向笔者解释道,透雾功能其实采用的是一种多光谱技术,通过几个不同波段的光谱进行混合成像,由于在雾天,在空气传播中有一种特定波长的红外光,目前很多镜头很难捕捉到这种光,而通过采用多光谱技术,能使得这种特定波长的红外光在在镜头中聚焦,以达到看清监视画面的效果。

    部分业内人士表示,目前具有透雾功能的电动变焦镜头已经应用到实际的重点项目中,甚至成为了业主首选必须的功能。目前的透雾水平对雾气的穿透效果已经不错,但对于灰尘等阴霾天气的作用并不明显。由于特殊环境的监控需求,透雾功能的发展前景将会相当光明。

工程篇: 定位高端,工程要求严格
    由于行业及施工安装的特殊性,电动变焦镜头对产品的品质有着很高的要求,工程商如何在众多镜头品牌中选择一款合适的产品,则显得至关重要。上海聚励电子科技有限公司马佳庆就表示,从工程商方面来看,存在两种极端,一种就是对产品很了解,另一种就是刚刚接触某些行业,这也就要求各代理商进行推荐。对厂商而言,代理商主要起到的是品牌推介的作用,如何帮助厂商尽快建立销售渠道和销售网则是其首要考虑的问题。而代理商对于工程商而言,起到的是帮助他们选择合适的产品,在实际操作过程中,给予技术支持和后续的维修服务,以建立起长期的合作伙伴关系。

按实际需求选择产品
    据了解,目前工程商在选购镜头产品,特别是电动变焦镜头时,往往需求并不明确,科安信王刚就谈到,工程商一般都会事先对场景进行计算,但计算出来的结果与实际效果的差距还是比较大的,例如以在一公里内看清楚一辆车为例,这也就具体到是在屏幕上占1/4的效果,还是1/2的效果,这之间就是焦距一倍的差距。因此,最好的方法是业主与设计方加强沟通,充分了解业主的需求,并收集更多信息,以选择更合适的产品。

    FUJINON北京代表处主任西冈俊一也表示,电动变焦镜头在安装上最关键的是安装C-CS接圈和调整摄像机的后焦距。一般手动变焦镜头的接口是CS接口的,摄像机也是CS接口,这两者的连接是不需要使用C-CS接圈的,同时这两者的配合也是最常见的。而电动变焦镜头,尤其是长焦距、大倍率的电动变焦镜头往往都是C接口的,需要加装C-CS接圈。当安装电动长焦距镜头时,大多数人往往习惯性的直接连接两者,而不会参照镜头的说明并按照要求增加C-CS接圈。所以安装电动镜头时,应当首先仔细研究随机说明书,看清楚镜头是C接口的还是CS接口的,是否需要加装C-CS接圈等。

    很多业内的工程商在使用电动变焦镜头时,不知道如何调整后焦距,甚至根本就不知道使用电动长焦镜头是要调整摄像机后焦距的,结果画面模糊不清却又不知道问题出在哪里。FUJINON西冈俊一也谈道,其实所有的电动长焦距镜头安装都是需要调整摄像机后焦距的,调整的方法为:将镜头的焦距调整到最大,此时使用解码器的聚焦功能将画面聚焦至清晰。然后通过解码器的变倍功能将镜头调整到最小焦距,在此调整过程中画面会变得模糊。此时不能调整聚焦而是通过调整摄像机的后焦距将画面调至清晰,画面调至清晰则证明后焦距已调整好了,如果不能一次调整好,可以重复进行多次调整。 [nextpage]

配套产品质量严要求
    电动变焦镜头大多应用于远距离监控场所,一般都是安装在数十米的高空,也因此对整个工程的安装相当严格。深圳紫光积阳科技有限公司张国强就表示,由于是高空安装,电动变焦镜头除了要做好基础以外,对抗风、抗震上必须要有严格的要求,还要求能进行防雷、防水、防盐酸。同时,电动变焦镜头原本就很重,再配上整个系统,甚至能达到50、60公斤,因此在很多应用领域都需要定制专门的铁塔(了望塔),以满足监控的要求。

    大多受访者都表示,对于电动变焦镜头,特别是长焦距电动变焦镜头,焦距变化范围特别大,任何一个细小的变化,都可能产生很大的影响,因此对镜头的配套设备,包括云台、防护罩、解码器等的要求都相当的高。上海聚励电子科技有限公司马佳庆就表示,由于电动变焦镜头一般都用于室外,体积比较大,重量也不轻,所以对云台的精度和重量都有很高的要求,云台的载重性越好,其产品就越好,同时也就意味着云台越重。而就目前市场上而言,能让电动变焦镜头在理想环境中工作的云台基本上还不存在,应用比较多的还是国外的云台,诸如德国的比沃特、意大利的Videotech,日本的三神等品牌。

    除了云台之外,对防护罩和解码器的要求也很高,深圳市科安信实业有限公司王刚谈到,在100毫米以上的长焦镜头,需要选择合适的护罩,同时,对解码器的精度也有要求,目前国内很多解码器的精度都很难达到要求,特别是对于长焦而言,任何一个微小的变化,都可能造成难聚焦、画面不清晰等现象,而好的解码器里面的变焦驱动电流也是可调的,可以限制镜头变焦、聚焦的速度,也贴近用户的使用习惯。

取电传输难,缺少系统解决方案
    电动变焦镜头在工程施工过程中,依然有许多难题尚未解决。由于电动变焦镜头大多应用于森林防火、航道管理等领域,而这些区域,大多位置偏僻,如何取电便成为了一大难题。长春佶达段为众便谈到,在这些偏远区域,原本取电就 是一个重大难题,同时,由于供电问题不仅仅是电动变焦镜头,云台、解码器等都需要充足的电量才能持续工作,而一套数十公斤的系统所消耗的功率也是相当的高,这些电费该谁去买单,也是要考虑的问题。除了取电之外,传输问题也是工程商需要考虑的,这些偏远地区,若是铺设线缆,又将是一笔相当高的支出,因此建议采用微波等无线传输方式,但这种传输设备在实际应用中也并不多。

    除了施工中的一些问题外,电动变焦镜头领域现在还缺少一个整套的系统解决方案。上海瑞润电子科技有限公司总经理凌宁感叹道,目前还很少有厂家做出系统的解决方案,现在大多是卖镜头的只卖镜头,护罩、解码器、云台等都需要工程商自己去配备,尽管各个厂家都会提出选购意见,但由于没有系统的解决方案,在后续的维护和服务中也经常会产生各种问题。一个系统做下来,包括镜头、云台、防护罩、解码器、铁塔等,其花费达到数十万元甚至更多,因此现在工程商中也存在这样一种趋势,能用十个普通镜头解决问题的,那就坚决不用电动变焦镜头。而在未来,如何降低系统成本,也将是电动变焦镜头厂家乃至周边产品厂家所必须要考虑的问题。

结语
    随着国家对森林防火、航道管理、“平安城市”的重视,定位高端的电动变焦镜头也将成为安防市场中的潜力股。对于未来,大多受访者都表示,电动变焦镜头的焦距将会越做越长,而诸如透雾、自动聚焦等功能,也将会更加完善,以更好地满足市场的需求。

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