超景深百万像素的视频监控镜头

2010-04-23 10:30:00 来源:IT168
技术/方案频道文章B

[摘要] 随着人们对高清画质追求的日益强烈,百万像素摄像机、百万像素镜头等高清产品已?成为视频监控市场的一个发展趋势,但是如果镜头没有一定的景深即使是百万像素仍然无法同时得到兼顾远、近景的清晰图像,使得镜头百万像素的高解像力优势不能够得到充分发挥。由GBO公司设计生产的FrazierInfinityTM镜头,却打破传统镜头有限景深的限制,设计出了超景深百万像素监控镜头,实现了光学技术应用领域的革新。

安防知识网】随着人们对高清画质追求的日益强烈,百万像素摄像机、百万像素镜头等高清产品已¬成为视频监控市场的一个发展趋势,但是如果镜头没有一定的景深即使是百万像素仍然无法同时得到兼顾远、近景的清晰图像,使得镜头百万像素的高解像力优势不能够得到充分发挥。由GBO公司设计生产的FrazierInfinityTM镜头,却打破传统镜头有限景深的限制,设计出了超景深百万像素监控镜头,实现了光学技术应用领域的革新。

  景深光学原理

  根据监控实际需要,常常需要镜头同时拍摄位于不同距离上的多个监控对象,又由于监控主体的位置有时又是不断移动的,往往走出原¬先对好的焦点,在此情况下,即使安装了变焦镜头也很难保证同时获得多个监控对象的清晰图像,这就要求在保证画¬面清晰度的前提下,能够尽量增加镜头的景深范围。

  从光学原¬理来讲,景深受到光圈、焦距等因素的影响,比如光圈大或者焦距大都会使得景深变小,因此,传统镜头的景深范围通常都是很有限的,这意味着在拍摄时镜头只能对焦于拍摄物的前景或者是背景,而不能够使前景与背景同时对焦,即不能够使拍摄对象的前景及背景同时清晰呈现在画¬面中。

  在光学中,景深(depth of field,DOF)是一个描述在空间中可以清晰成像的距离范围。在摄取图像时,调节摄像机镜头,使距离摄像机一定距离的景物清晰成像的过程,叫做对焦(聚焦),景物所在的点,称为对焦点。远离此点影像则会逐渐模糊,但因为“清晰”并不是一个绝对的概念,因此,在某一个特定的距离内,影像模糊的程度是肉眼无法察觉的。所以,对焦点前(靠近摄像机)、后一定距离内的景物的成像都可以认为是清晰的,这个成像的最小模糊圈被叫做弥散圆,景物在焦平面成像的模糊程度在不超过弥散圆时都可以认为是清晰的,因此焦平面左右的一个小范围里形成一个清晰距离,称之为焦深;相应景物也对应一个前后清晰范围,叫做景深。意思是只要在这个范围之内的景物,都能“清楚”地拍摄到。

  

  图1 景深原理简图

  

  图2 弥散圈与景深的关系

  

  图3 光圈与景深关系

  图1为景深光学原理图。景深的大小通常与镜头的焦距有关,焦距长的镜头,景深小,焦距短的镜头景深大。其次,景深与光圈有关,光圈越小,景深就越大;光圈越大景深就越小。图2和图3分别是景深与弥散圈和光圈的关系。

[nextpage]  景深的计算方法

  通常,我们使用的景深计算公式如下:

  前景深=(H×L)/(H+L-f)

  后景深=(H×L)/(H-L-f)

  景深=S2-S1

  其中:H为镜头的超焦距,f为镜头的焦距,L为对焦距离,均以米为单位。

  对焦距离就是你要拍摄的主体离开镜头的距离。可以看到,景深是依赖于镜头的超焦距、焦距和对焦距离。通过大量的实际测试,我们知道:

  1)景深和对焦距离有极大的关系,对焦距离越近,景深越小;对焦距离越大,景深越大;而接近超焦距的前后是拍摄的最好距离,这时候景深最大。

  2)对焦距离是一个十分重要的参数,它直接影响了景深的大小,必须充分利用超焦距对焦,使得景深达到充分大,以获得高质量的画面。

  3)景深为负值时,表明物体距离足够远以至于超过景深范围,超过景深范围的任何物体都将被认为清晰的。

  澳大利亚籍世界著名电影摄影师Jim Frazier根据其长期拍摄经验,并经过无数次的试验,终于取得了突破性的进展,设计出了由其名字命名的FrazierInfinityTM镜头,该镜头通过采用革命性的光学技术,能够提供大景深范围,可以使拍摄物体的前景与背景同时对焦,这意味着不同距离的物体都能够清晰地呈现在画¬面中,而不会像传统镜头出现无法兼顾前景与背景的清晰度。GBO公司生产的FrazierInfinityTM镜头通过巧妙利用上述景深的变化Ô¬理,采用多镜片组合、衍射光学玻璃和非球面镜片技术,把不同距离的物体尽量聚焦于同一平面,从而获得大景深的远近物体共存的清晰图像,实现了摄像机光学领域的技术突破。

  GBO镜头的景深计算见附表,数据显示了它们的超大景深。

  下表中是GBO镜头的景深计算内容:

  

  GBO镜头的景深计算内容

[nextpage]  大景深镜头与传统镜头拍摄画面对比

  不是所有的镜头都有超焦距特性的,GBO镜头具有超焦距特性,因此它具有优越的超景深特性,使其在安防监控行业中得到了广泛的应用。比如,在道路监控和车牌的识别应用中,它无需通¬过调焦就可以在场景中捕获更多的实时细节信息;它的特性应用在ATM机上时,能够为客户提供完整的暗堡解决方案;在机场监控应用中,可以提供高解析度的视频,确保全方位、全天候的视频场景细节;在公共场所监控应用中,提供了革命性的解决方案,确保监控视野内近景与远景同时保持清晰可见。

  GBO镜头配合500万像素CMOS摄像机拍摄的街景比传统镜头拍摄的街景在远处景物的清晰度方面明显较优,指路牌文字¾¬放大后明显比较清楚,图像四角不存在盲区,而传统镜头拍摄的图像四角变黑。大景深和高清晰的获得取决于镜头的超焦距,而超焦距的获得取决于镜头设计,图4是大景深镜头与传统镜头拍摄画¬面对比效果。

  

  传统镜头拍摄的街景

  

  GBO镜头拍摄的街景

  图4 大景深镜头与传统镜头拍摄画面对比效果

[nextpage]  高清晰、超景深的镜头

  据有关资料显示,国际安防市场已经¬开始大规模使用百万像素IP摄像机,而国内市场,迄今为止,80%以上的安防摄像机仍是模拟的,其像素也通常在30万-50万之间,这已远远不能满足安防市场的需求,国内摄像机市场朝着数字化、高清晰方向发展是不可避免的。

  GBO镜头在设计时就充分考虑镜头高清晰度的市场需要,在满足超焦距、超景深的同时,可以适用于高达320万像素(最高可达560万像素)分辨率的摄像机。图5为GBO镜头(焦距86mm)配合560万像素CMOS摄像机在马路上拍摄的不同距离汽车录像截图,50米以内的车牌号码放大后仍清晰可辨。

  

  图5 CBO镜头配合560万像素摄像机所拍摄的效果

  随着安防行业CCTV监控系统对设备要求的逐步提高,以及高解析度、高像素摄像机技术的进一步发展,相信作为支持高像素、大景深的高端镜头,必将在安防视频监控市场占有重要的地位。

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[责任编辑:曹雪芹]

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