高清鏡頭：遠距離監控技術的差異化

文/王剛

高清鏡頭：遠距離監控技術的差異化

文/王剛

隨著高清攝像機的普及，以及網絡技術的發展，高清系統的搭建日趨成熟。高清監控也慢慢走出象牙塔，放下身段，逐漸融入視頻監控這個大家庭，且越來越擔當起更大的責任。

高清監控，大多數客戶認為攝像機是關鍵，因為圖像的輸出是攝像機來負責的。輸出圖像的尺寸很大程度上決定了畫面的清晰度，但鏡頭的好壞往往被人們忽視。事實上，相同的攝像機配合不同的鏡頭，效果的差異甚至可以用天壤之別來形容。那么，高清鏡頭真的就那么神秘嗎？本文將從市場和技術兩個方面提出些不成熟的愚見供大家指正。

高清成趨勢 1080p以上對應鏡頭相對較少

監控用鏡頭的發展過程就是模糊到清晰的過程。鏡頭清晰度一直在與攝像機的清晰度賽跑。早期監控使用的鏡頭為滿足標清480線的攝像機需求設計，清晰度比較低。標清鏡頭的清晰度往往相當于40萬像素的清晰度。隨著攝像機清晰度從D1畫質的40萬像素到720p標準的130萬像素，原來的標清鏡頭已經無法滿足市場的需求。于是，大家把目光集中到了高清攝像應用相對成熟的工業機器視覺領域。電子警察系統鏡頭的使用和機器視覺的應用環境有點相似。都是拍攝距離固定，照明相對穩定的場所使用。因此，最先應用的高清鏡頭是機器視覺領域使用的高清定焦工業鏡頭。此類鏡頭的清晰度夜視發展最快的KOWA品牌已經在2009年推出了1000萬像素高清定焦工業鏡頭，率先占領了高端高清鏡頭市場。

隨著監控領域對高清產品需求的不斷增長，尤其是中、遠距離監控的需要，部分大廠開始開發和生產對應130萬像素的電動變焦鏡頭，也就是很多鏡頭清晰度標稱“MP”的產品。但是攝像機高清技術的發展速度大大高于鏡頭的速度，而鏡頭的研發速度往往相對滯后。因此，一些品牌在推出130萬像素720p清晰度對應的鏡頭后，市場上已經在流行1080p的攝像機產品了。因此，目前市場上能夠完全支持1080p甚至更高清晰度的中長焦距鏡頭相對很少。

長焦鏡頭技術特點

長焦鏡頭在拍攝遠距離目標時，為了表現更多的畫面細節。那么，鏡頭在設計制造時就需要采用更多的ED鏡片。ED是超低色散的簡稱，可以減少色滲現象。可以得到更加逼真的細節。很多長焦高清鏡頭在焦距拉長過程中和到最大焦距時，往往在色差較大的物體邊緣，會出現藍色或紅色的條紋，這就是色滲現象。為了在遠焦距得到更加靚麗的畫面，鏡頭設計中必然會增加鏡片的數量，如果傳動裝置不能很好的運轉，將導致鏡片傳動過程給電機產生沉重的負擔。雖然現在的長焦鏡頭大多采用了3－CAM技術來減少摩擦，但仍然不能滿足苛刻平滑傳動的需求。于是，廠商就在3－CAM技術上尋求突破。BEARING CAM SYSTEM就是日本鏡頭核心廠商KOWA公司引領開發的最新技術，通過為傳動最頻繁的聚焦鏡片組添加滾軸技術，在CAM基礎上進一步大幅降低摩擦，使得聚焦更加迅速和平穩，大大延長聚焦電機的使用壽命，進而成倍延長鏡頭整機的使用壽命。是高清長焦鏡頭必不可少的核心技術。

高清鏡頭在遠距高清攝像系統的優勢

高清攝像系統，攝像機性能對畫質的影響非常大。在鏡頭廣角時看到清晰、銳利、鮮明的圖像效果，在鏡頭變焦到長焦時，畫面的差異非常大，會讓人感覺畫面像蒙了一層薄紗。這是由于焦距拉長時，畫面看到的內容往往是幾公里甚至十幾公里以外的目標。而在空氣介質中，經過這么遠的距離傳過來，衰減是難免的。這就需要攝像機能夠針對這種情況做處理，增強畫面色彩的還原能力，以及黑電平的增強能力。同時，由于長焦鏡頭在焦距拉長時，F值比較大，也就是光通量比較小，在這種情況下，攝像機的靈敏度就顯得格外重要。目前日立的高清攝像機能夠將照度降到0.3LUX的水平，相對于一般攝像機的0.7lux，還是很有說服力的。

目前，高清攝像機多采用IP方式輸出，清晰度越高，攝像機對圖像IP數字化的過程中，將產生畫面的延時。IP系統經過各級網絡傳輸到上級指揮中心后，畫面的延時被多次疊加，最終畫面顯示到監控人員面前時，延時可能已經達到了3秒以上。如果這時監控人員需要對畫面聚焦，幾乎不可能聚焦清晰的，尤其是用長焦鏡頭觀測遠距離目標是，清晰市場非常短，很難找到清晰點。那么，就需要鏡頭能夠具備自動聚焦功能。無論延時有多長時間，顯示在監控人員面前的都是聚焦清晰的畫面，將大大減少操作人員的重復勞動，提高效率。

遠距離監控的高清鏡頭應用選擇

城市監控高清鏡頭的應用

隨著前幾年全國風行的城市監控建設已經到了更新換代的時機，正值高清產品日益成熟，市場對高清產品的需求突增。越來越多的新建和改造項目采用中長焦鏡頭配合高清攝像機來針對大范圍監控需求。此類應用采用最長焦127mm的電動變焦鏡頭，配合預置位功能，可以在200米清晰辨識人的面部。由于此類變焦鏡頭的口徑有50mm，相對于高清一體化機芯鏡頭的口徑大很多。可以在鏡頭焦距拉長時得到更好的光圈值，可以使高清攝像機得到更加明亮的畫面，以彌補高清攝像機靈敏度低的遺憾。

城市高空瞭望鏡頭的應用

城市高空瞭望系統逐漸成為城市監控項目的必備應用。過去的產品是采用模擬攝像機配備300mm以上鏡頭來監控5 0 0米范圍的環境。D1畫質的圖像已經不能滿足城市監控對畫面清晰度的要求，無法清晰辨識人。目前流行的配置采用1080p清晰度的高清攝像機配合750mm支持200萬像素的高清鏡頭，可以對3公里范圍的環境進行監控。有效防止監控區域內突發事件的發生。配合非可見光的照明系統，配合同步變焦、自動聚焦等先進的技術，滿足24小時全天候監控的需要。

高速公路高清監控的應用

高速公路全程監控還沒有完全普及，市場已經被高清產品所取代。1080p標準已經是市場的主流產品。D1圖像標準的畫面已經不能滿足當前全程監控的要求。采用500萬像素的紅外無偏焦鏡頭，120mm的焦距可以滿足高速公路的監控需求。這類應用還可以增加非可見光的照明系統，來解決在夜間照明不夠的情況下，拍攝明亮、清晰畫面的需要。

結束語

總而言之，高清鏡頭的發展，將是一個逐漸清晰的過程，也是一個逐漸智能化的過程。隨著監控市場迅猛發展，隨著遠距離監控領域對畫質要求的不斷提升，未來我們看到的畫面將越來越清晰，操作越來越簡單，距離將不再是問題，問題是人們的創新力是否會減弱。

作者單位：深圳市科安信實業有限公司