鏡頭技術不斷創新高清長焦成趨勢

文/本刊記者 鄭展棒

鏡頭技術不斷創新高清長焦成趨勢

文/本刊記者 鄭展棒

隨著高清槍機、高清高速球機、高清一體化攝像機市場占有率不斷攀升，帶動高清監控鏡頭的市場份額呈現出良好的增長趨勢。目前，活躍在國內CCTV鏡頭市場的主要廠商有騰龍、圖麗、賓得、富士能、COMPUTAR、KOWA、鳳凰光學、福建福光、鴻發光電、啟光、東亞光學等。這些企業的發展動向是國內高清監控鏡頭市場發展的風向標，筆者從這些企業了解到，目前百萬高清監控鏡頭占據了企業鏡頭生產30-40%的銷售份額，平均每年以10-15%的增長率快速增長，可見高清監控鏡頭在國內的發展形式較為明朗。

安防行業高清化需求已經是形勢所趨，高清攝像機帶來的視覺效果是模擬產品無可比擬的。高清發展的同時，作為核心部件之一的百萬高清鏡頭也表現出高速的市場增長，但面對形態各異的高清監控產品與千變萬化的應用場景，百萬高清監控鏡頭在各類場景的復雜光線環境下，都要為攝像機帶來出色的成像效果，這就需要高清監控鏡頭具備一定的技術含量，致使百萬高清監控鏡頭的技術門檻相對較高，從而使得鏡頭核心技術掌握在少數鏡頭廠商中。

從百萬高清監控鏡頭近幾年的發展情況來看，高清鏡頭得到長足的發展。高清鏡頭從百萬像素逐漸過渡到200萬像素、300萬像素甚至是500萬像素，這得益于市場對更高像素需求和對高透光率鏡頭鏡片需求。同時，像素的發展也離不開鏡頭光學技術的創新。如今，高清監控鏡頭對應的像素與焦距段幾乎完全覆蓋。不過，從眾多業內人士中了解到，客戶更青睞于對高清長焦鏡頭的選擇，而此類鏡頭也將會是高清鏡頭發展的重要方向。

需求增長明顯 行業仍需正規化

目前，國內安防市場百萬高清颶風頗有席卷之勢，各地大型聯網高清監控系統的搭建也進行的如火如荼，這吸引了眾多芯CCD/CMOS廠商推出相應的百萬、200萬、300萬、500萬、1000萬像素級別的CCD/CMOS傳感器。敏感的鏡頭廠商充分發揮敏銳的市場嗅覺，紛紛推出對應的高清監控鏡頭產品。隨著高清槍機、高清高速球機、高清一體化攝像機市場占有率不斷攀升，帶動高清監控鏡頭的市場份額呈現出良好的增長趨勢。目前，活躍在國內CCTV鏡頭市場的主要廠商有騰龍、圖麗、賓得、富士能、COMPUTAR、KOWA、鳳凰光學、福建福光、鴻發光電、啟光、東亞光學等。這些企業的發展動向是國內高清監控鏡頭市場發展的風向標，筆者從這些企業了解到，目前百萬高清監控鏡頭占據了企業鏡頭生產30-40%的銷售份額，平均每年以10-15%的增長率快速增長，可見高清監控鏡頭在國內的發展形式較為明朗。

不過，在高清監控鏡頭快速發展的今天，我們也要正視其在發展過程中衍生出的一絲“毒瘤”。從2009年高清概念推廣以來，跟隨攝像機的發展腳步，鏡頭在推廣方面也逐漸打起了高清的旗幟。雖然攝像機像素和清晰度在不斷提升，但鏡頭并沒有和攝像機齊頭并進。目前國內市場上模擬鏡頭冒充百萬像素高清鏡頭的現象很普遍。不同品牌的高清鏡頭，即使標稱同樣的像素，但效果明顯不一樣。可以說，目前市場上對高清鏡頭概念不清，對像素的定義不夠明確，鉆無標準的空子的品牌非常多，魚龍混雜，給客戶選擇鏡頭造成了巨大的困惑。高清監控鏡頭行業需要正規化，鏡頭廠商不得不正視。

技術創新促發展

與眾多安防子產品相似，高清監控鏡頭的競爭也異常激烈，其表現出市場推廣宣傳外，技術革新是各鏡頭廠家的核心競爭力，而技術之間的競爭，不外乎鏡片、鏡頭材質、像素、特殊功能之間的創新。這主要表現在高清監控鏡頭的鏡片技術、高分辨率、IR紅外對應、透霧等特殊功能的提升與創新。

鏡片技術可謂是整個鏡頭的核心所在。目前，高清監控鏡頭的鏡片技術更新主要集中在非球面技術的應用、多層鍍膜技術的結合、高透光度鏡片、高折射率、超低色散鏡片的選用。

非球面鏡片使光線經過高次曲面的折射，就可以把光線精確地聚焦于一點。而非球面鏡頭也可以簡化鏡頭的光學結構，從而使得鏡頭能獲得較大的口徑，攝光量也會大幅增加。再者，非球面技術可以改善鏡片邊緣部分對光的折射率，使鏡頭的邊緣成像變好。由于非球面鏡頭將邊緣入射的光線按球面鏡頭失真的反方向進行了修正，從而有效地消除了桶形失真。多層鍍膜技術作用在于消除鬼影、眩光及抵抗折反射所產生的光斑，同時可以讓鏡頭反射率降低，增加鏡片上的進光量。如今，非球面技術已經發展到復合非球面技術層面，這是鏡頭為達到小型化和最佳成像品質的技術研發結果。有些鏡頭廠商會使用3到4片復合非球面鏡片。該鏡片起到了矯正球面像差、畸變等各種像差的效果，大幅提升了成像質量。由于1片非球面鏡片相當于多片普通鏡片，使用少量鏡片制造高倍率變焦、高畫質及輕量化的鏡頭便成為可能。

高折射率鏡頭也是高清監控鏡頭技術發展之一，此類技術產品的光學系統長度的減小，使鏡頭在保持相同焦距、相同光圈的時候直徑得以大幅降低，從而實現了鏡頭整體的小型。高折射鏡片的創新應用，在小型化的同時亦能有效矯正各種像差。超低色散高清鏡頭在原來LD鏡片“低色散性”和“異常分散性”的基礎上，進一步抑制“色差”的發生，實現更高精度的“2次光譜”矯正。由此可徹底消減影響畫質的一大因素“色差”的發生，從而獲得高對比度，鮮明銳利的表現力。此外，高透光鏡頭相比前兩者雖然給鏡頭提供的性能不盡相同，但均是殊途同歸，其本質都是為鏡頭的出色成像提供強有力的技術支撐。

分辨率的提升更是日新月異，鏡頭廠商之間似乎出現了一種“較真”現象：但凡有廠家推出百萬高清監控鏡頭時，其它廠家就會適時的推出同級別或比之高級別的監控鏡頭，這使得目前鏡頭市場涵蓋了百萬像素、200萬像素、300萬像素、500萬像素甚至是1000萬像素的高清產品，產品種類也豐富齊全

在24小時的全天候監控中，經常會發生白天畫面清晰，夜晚畫面模糊的現象，即便是高清監控系統也會出現此類問題。原因在于，由于光的波長不一樣，顯而易見，通過鏡頭后的折射也不一樣，這就產生了色差。色差使得鏡頭的清晰度下降，聚焦不實的重要因素，普通的CCTV鏡頭在光學設計的時候只針對350-700nm的波段光進行色差修正，高于700nm的紅外光則不在考慮之內。這就造成了可見光與近紅外光（700nm-1000nm）的聚焦面是分離的。根據此問題 ，通過特殊的鍍膜設計，特殊光學材質的運用使得350-1000nm波段范圍內的光都能很好的糾正色差，IR紅外對應鏡頭也就應運而生。目前，大多高清監控鏡頭均采用此類技術，且該技術也表現的越來越成熟，使得鏡頭的紅外效果能對攝像機的夜視監控提供強力支持。

隨著高清監控鏡頭的發展，人們已不能滿足于基礎的鏡頭技術，而是在追求更高一層的特殊應用，透霧鏡頭就是其中之一。透霧鏡頭是指在紅外光領域的長波長光線(700nm-950nm)的透過率非常高，且同時具備能控制這種高波長光線在攝像機傳感器內成像面功能的鏡頭。通過將這種鏡頭與高清攝像機配套使用，即使在霧氣、灰塵、煙霧、小雨等惡劣環境中，也可拍攝到非常清晰、高對比度的黑白影像。具體表現為利用近紅外光線可繞射微小顆粒原理，在薄霧天氣采用近紅外濾色片、鍍膜技術及電子圖像增強技術，能穿透薄霧，監控距離達到能見度的1.5倍以上，使得遠距離全天候安全監控不再有盲點。

另外，類似在數碼相機應用的多焦點成像技術也逐漸移植到安防高清監控鏡頭中。該技術的原理就是讓鏡片在成像點上可以有多點成像，這像的影像實時在抓拍時沒有清晰的錄下或抓下圖像，也可以在事后的影像回放上或抓拍照片上再還原應有的清晰焦距點，這對監控系統事后的事件舉證有了歷史性突破的意義。隨著安防鏡頭技術的發展，如今成熟的相機鏡頭技術也會逐漸的應用到安防高清監控鏡頭中，如防抖技術、內對焦技術、不規則色散技術、超聲波馬達等先進鏡頭技術。

材質與選擇應用需注意

安防高清監控鏡頭的材質對鏡頭的壽命、成像效果等均密不可分。外殼的材料可以影響鏡頭的抗衰性能，接口的材質可以影響滑絲的程度，鏡片的材質直接影響成像效果，齒輪的材料與機械壽命密不可分。目前，鏡頭主要的材質是金屬和高端塑膠。

金屬材料的鏡頭在小廠和低端鏡頭中常常使用，原因是可以省去昂貴的模具費用，而帶來的后果是由于每個鏡頭的部件單獨加工，個體之間存在誤差，因此鏡頭品質的一致性較差，這對后期的置換安裝存在一定影響。相比之下，采用模具壓鑄而成的高性能塑料材質在鏡頭中的運用不僅輕便而且鏡頭的光學性能、壽命等都有一定提升，成本也相對較低。目前眾多CCTV高清鏡頭產品中，均采用工程塑料鑄造。

但某些特定場合的特殊需求下，要求CCTV鏡頭具備更高的像素、更低的誤差，此類工業級鏡頭往往采用金屬部件。不過，這種工業級鏡頭對金屬材質的選擇具備極其嚴格的標準，與普通的金屬材質有根本的差別，要想達到高精度、高像素、超低誤差效果此種金屬材質要優于塑膠材料，因此在高清工業鏡頭上往往采用金屬部件。

另外，在鏡頭的選擇上要注意：1.接口必須一致，C接口鏡頭可以加裝轉接環接在CS口的攝像機上，而CS接口的鏡頭則必須只裝在CS接口的攝像機上，否則不可成像；2.鏡頭的配置要注意鏡頭靶面必須大于等于攝像機的靶面，比如1/2鏡頭可用在1/2攝像機上，也可用在1/3的攝像機上，但不能用在2/3的攝像機上，如果鏡頭靶面小于攝像機靶面，則畫面四周會出現黑角；像素要匹配，鏡頭像素盡可能不低于攝像機的像素，否則好的攝像機得不到好的表現。

中長焦變倍成趨勢

在高清監控類別中手動變焦、自動變焦與定焦鏡頭的市場需求量相對較大，鏡頭廠家的百萬像素級超高性能工業用定焦鏡頭、變焦鏡頭推陳出新，技術差異化日益明顯。此類鏡頭為提高鏡頭對實際使用環境的適應能力，提高鏡頭的近距離拍攝性能。不過，隨著城市化發展腳步的不斷邁進，遠距離視頻監控逐漸被市場認可，高清高速球、高清一體機的市場需求量暴增，而在一體機芯少則18X變焦，多則30X倍變焦的技術發展下，促使安防監控鏡頭的中長焦變倍功能需求潛力巨大。

目前，在監控市場應用量最大的100－400mm焦距段，高清產品已經完全覆蓋，部分鏡頭廠商的8-240mm、12-360mm等高達500萬像素的中長焦高清鏡頭也相繼面世，長焦距的750mm和1000mm的產品也已經被熟悉和廣泛應用。不過由于具備中長焦高清鏡頭制造實力的鏡頭廠商相對較少，所以此類的價格相對較高。

再者，城市道路監控、城市高空瞭望、高速公路等遠距離監控點的增多對中長焦高清鏡頭的市場發展也具備一定刺激意義。在此類遠距離監控場所中，鏡頭焦距的選擇需要配合實際的應用情況，這樣才能達到理想的監控效果，再配合非可見光的照明系統，同步變焦、自動聚焦等先進技術，可實現全天候高清視頻監控。

結束語

總而言之，無論是鏡片技術的發展，抑或是鏡頭材質的選擇運用與鏡頭制造工藝的優劣，都離不開實際使用的檢驗。真正的高清監控鏡頭講究的是整個畫面的清晰度，也就是高反差和高分辨率的效果鏡頭中心的像素與鏡頭邊緣的像素差幾乎為零的理想效果，這檢驗的是鏡頭廠商的技術實力，也是對高清鏡頭的基本要求之一。

隨著社會的發展對監控要求越來越高，鏡頭對像素的要求也會越來越高。在要求高像素的同時，對畫質的效果、更高的裝配和檢測技術、出貨包裝、裝配和制造的過程要求更精密，組裝環境的潔凈度都需具備一定的技術要求。此外，也需要鏡頭在工程性能上要突出施工的便利和使用過程中的穩定性。