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超高清趋势下镜头的发展和突破

发布时间:2019-08-15 15:30:40

  随着行业的快速发展,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 840 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。

  图1 不同镜头的透光率

  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。

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