【安防知識網(wǎng)】隨著人們對高清畫質(zhì)追求的日益強(qiáng)烈，百萬像素攝像機(jī)、百萬像素鏡頭等高清產(chǎn)品已?成為視頻監(jiān)控市場的一個發(fā)展趨勢，但是如果鏡頭沒有一定的景深即使是百萬像素仍然無法同時得到兼顧遠(yuǎn)、近景的清晰圖像，使得鏡頭百萬像素的高解像力優(yōu)勢不能夠得到充分發(fā)揮。由GBO公司設(shè)計生產(chǎn)的FrazierInfinityTM鏡頭，卻打破傳統(tǒng)鏡頭有限景深的限制，設(shè)計出了超景深百萬像素監(jiān)控鏡頭，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的革新。
景深光學(xué)原理
根據(jù)監(jiān)控實(shí)際需要，常常需要鏡頭同時拍攝位于不同距離上的多個監(jiān)控對象，又由于監(jiān)控主體的位置有時又是不斷移動的，往往走出原?先對好的焦點(diǎn)，在此情況下，即使安裝了變焦鏡頭也很難保證同時獲得多個監(jiān)控對象的清晰圖像，這就要求在保證畫?面清晰度的前提下，能夠盡量增加鏡頭的景深范圍。
從光學(xué)原?理來講，景深受到光圈、焦距等因素的影響，比如光圈大或者焦距大都會使得景深變小，因此，傳統(tǒng)鏡頭的景深范圍通常都是很有限的，這意味著在拍攝時鏡頭只能對焦于拍攝物的前景或者是背景，而不能夠使前景與背景同時對焦，即不能夠使拍攝對象的前景及背景同時清晰呈現(xiàn)在畫?面中。
在光學(xué)中，景深(depth of field，DOF)是一個描述在空間中可以清晰成像的距離范圍。在攝取圖像時，調(diào)節(jié)攝像機(jī)鏡頭，使距離攝像機(jī)一定距離的景物清晰成像的過程，叫做對焦(聚焦)，景物所在的點(diǎn)，稱為對焦點(diǎn)。遠(yuǎn)離此點(diǎn)影像則會逐漸模糊，但因?yàn)椤扒逦辈⒉皇且粋€絕對的概念，因此，在某一個特定的距離內(nèi)，影像模糊的程度是肉眼無法察覺的。所以，對焦點(diǎn)前(靠近攝像機(jī))、后一定距離內(nèi)的景物的成像都可以認(rèn)為是清晰的，這個成像的最小模糊圈被叫做彌散圓，景物在焦平面成像的模糊程度在不超過彌散圓時都可以認(rèn)為是清晰的，因此焦平面左右的一個小范圍里形成一個清晰距離，稱之為焦深;相應(yīng)景物也對應(yīng)一個前后清晰范圍，叫做景深。意思是只要在這個范圍之內(nèi)的景物，都能“清楚”地拍攝到。
圖1 景深原理簡圖
圖2 彌散圈與景深的關(guān)系
圖3 光圈與景深關(guān)系
圖1為景深光學(xué)原理圖。景深的大小通常與鏡頭的焦距有關(guān)，焦距長的鏡頭，景深小，焦距短的鏡頭景深大。其次，景深與光圈有關(guān)，光圈越小，景深就越大;光圈越大景深就越小。圖2和圖3分別是景深與彌散圈和光圈的關(guān)系。
[nextpage] 景深的計算方法
通常，我們使用的景深計算公式如下：
前景深=(H×L)/(H+L-f)
后景深=(H×L)/(H-L-f)
景深=S2-S1
其中：H為鏡頭的超焦距，f為鏡頭的焦距，L為對焦距離，均以米為單位。
對焦距離就是你要拍攝的主體離開鏡頭的距離?？梢钥吹剑吧钍且蕾囉阽R頭的超焦距、焦距和對焦距離。通過大量的實(shí)際測試，我們知道：
1)景深和對焦距離有極大的關(guān)系，對焦距離越近，景深越小;對焦距離越大，景深越大;而接近超焦距的前后是拍攝的最好距離，這時候景深最大。
2)對焦距離是一個十分重要的參數(shù)，它直接影響了景深的大小，必須充分利用超焦距對焦，使得景深達(dá)到充分大，以獲得高質(zhì)量的畫面。
3)景深為負(fù)值時，表明物體距離足夠遠(yuǎn)以至于超過景深范圍，超過景深范圍的任何物體都將被認(rèn)為清晰的。
澳大利亞籍世界著名電影攝影師Jim Frazier根據(jù)其長期拍攝經(jīng)驗(yàn),并經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)，終于取得了突破性的進(jìn)展，設(shè)計出了由其名字命名的FrazierInfinityTM鏡頭，該鏡頭通過采用革命性的光學(xué)技術(shù)，能夠提供大景深范圍，可以使拍攝物體的前景與背景同時對焦，這意味著不同距離的物體都能夠清晰地呈現(xiàn)在畫?面中，而不會像傳統(tǒng)鏡頭出現(xiàn)無法兼顧前景與背景的清晰度。GBO公司生產(chǎn)的FrazierInfinityTM鏡頭通過巧妙利用上述景深的變化??理，采用多鏡片組合、衍射光學(xué)玻璃和非球面鏡片技術(shù)，把不同距離的物體盡量聚焦于同一平面，從而獲得大景深的遠(yuǎn)近物體共存的清晰圖像，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)突破。
GBO鏡頭的景深計算見附表，數(shù)據(jù)顯示了它們的超大景深。
下表中是GBO鏡頭的景深計算內(nèi)容：
GBO鏡頭的景深計算內(nèi)容
[nextpage] 大景深鏡頭與傳統(tǒng)鏡頭拍攝畫面對比
不是所有的鏡頭都有超焦距特性的，GBO鏡頭具有超焦距特性，因此它具有優(yōu)越的超景深特性，使其在安防監(jiān)控行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。比如，在道路監(jiān)控和車牌的識別應(yīng)用中，它無需通?過調(diào)焦就可以在場景中捕獲更多的實(shí)時細(xì)節(jié)信息;它的特性應(yīng)用在ATM機(jī)上時，能夠?yàn)榭蛻籼峁┩暾陌当そ鉀Q方案;在機(jī)場監(jiān)控應(yīng)用中，可以提供高解析度的視頻，確保全方位、全天候的視頻場景細(xì)節(jié);在公共場所監(jiān)控應(yīng)用中，提供了革命性的解決方案，確保監(jiān)控視野內(nèi)近景與遠(yuǎn)景同時保持清晰可見。
GBO鏡頭配合500萬像素CMOS攝像機(jī)拍攝的街景比傳統(tǒng)鏡頭拍攝的街景在遠(yuǎn)處景物的清晰度方面明顯較優(yōu)，指路牌文字??放大后明顯比較清楚，圖像四角不存在盲區(qū)，而傳統(tǒng)鏡頭拍攝的圖像四角變黑。大景深和高清晰的獲得取決于鏡頭的超焦距，而超焦距的獲得取決于鏡頭設(shè)計，圖4是大景深鏡頭與傳統(tǒng)鏡頭拍攝畫?面對比效果。
傳統(tǒng)鏡頭拍攝的街景
GBO鏡頭拍攝的街景
圖4 大景深鏡頭與傳統(tǒng)鏡頭拍攝畫面對比效果
[nextpage] 高清晰、超景深的鏡頭
據(jù)有關(guān)資料顯示，國際安防市場已經(jīng)?開始大規(guī)模使用百萬像素IP攝像機(jī)，而國內(nèi)市場，迄今為止，80%以上的安防攝像機(jī)仍是模擬的，其像素也通常在30萬-50萬之間，這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安防市場的需求，國內(nèi)攝像機(jī)市場朝著數(shù)字化、高清晰方向發(fā)展是不可避免的。
GBO鏡頭在設(shè)計時就充分考慮鏡頭高清晰度的市場需要，在滿足超焦距、超景深的同時，可以適用于高達(dá)320萬像素(最高可達(dá)560萬像素)分辨率的攝像機(jī)。圖5為GBO鏡頭(焦距86mm)配合560萬像素CMOS攝像機(jī)在馬路上拍攝的不同距離汽車錄像截圖，50米以內(nèi)的車牌號碼放大后仍清晰可辨。
圖5 CBO鏡頭配合560萬像素攝像機(jī)所拍攝的效果
隨著安防行業(yè)CCTV監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備要求的逐步提高，以及高解析度、高像素攝像機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，相信作為支持高像素、大景深的高端鏡頭，必將在安防視頻監(jiān)控市場占有重要的地位。
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