监控摄像机镜头的选择和主要参数.doc

监控摄像机镜头的选择和主要参数摄像机镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量(指标)优势直接影响摄像机的整机指标，因此，摄像机镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像；就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位置)，可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。一、成像术语1 焦距：在实际应用中，经常会有用户提出该摄像机能看清多么远的物体或该摄像机能看清多么宽的场景等问题，这实际上由所选用的镜头的焦距来决定，因为焦距决定了摄取图像的大小，用不同焦距的镜头对同一位置的某物体摄像时，配长焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就大，反之，配短焦距镜头的摄像机所摄取的景物尺寸就小。当然，被摄物体成像的清晰度还与所选用的CCD摄像机的分辨率及监视器的分辨率有关。理论上，任何一种镜头均可拍摄很远的物体，并在CCD靶面上成一很小的像，但受CCD单元（像素）物理尺寸的限制，当成像小到小于CCD传感器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的像，即使成像有几个像素大小，该像也难以辨识为何物。当已知被摄物体的大小及该物体到镜头距离，则可根据下两式估算所选取配镜头的焦距：f=hD/H  f=vD/V式中，D为镜头中心到被摄物体的距离；H和V分别为被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸；v为靶面成像的高度；h为靶面成像的水平宽度。成像场景的大小与成像物体的显示尺寸是互相矛盾的，举个例子来说，用同一支摄像机对同一个停车场进行监视，选用短焦距镜头可以对整个停车场的全景进行监视并看到出入口外的车辆进出，但却不能看清该辆车的牌照号码（该车在监视器屏幕上仅占据了很小的面积）；而选用长焦距镜头虽可以看清该辆车的牌照号码（该车占据了屏幕上的大部分面积），却又不能监视到整个停车场的全貌。因此当需要既监视全景以要看清局部时，一般应考虑配用电动两可变或电动三可变镜头。当然，在选定了镜头的前提下，选用高分辨率的摄像机及监视器则可以在被监视物体成像尺寸较小时也能看清局部细节。焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。 D、视场角镜头有一个确定的视野，镜头对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。视场角与镜头的焦距f及摄像机靶面尺寸（水平尺寸h及垂直尺寸v）的大小有关，镜头的水平视场角ah及垂直视场角av可分别由下式来计算，即ah=2arctg（h/2f）av=2arctg（v/2f）由以上两式可知，镜头的焦距f越短，其视场角越大，或者，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。如果所选择的镜头的视场角太小，可能会因出现监视死角而漏监；而若所选择的镜头的视场角太大，又可能造成被监视的主体画面尺寸太小，难以辨认，且画面边缘出现畸变。因此，只有根据具体的应用环境选择视场角合适的镜头，才能保证既不出现监视死角，又能使被监视的主体画面尽可能大而清晰。在实际应用中，经常听到有用户提出诸如某摄像机能够看多远之类的问题，比如100m、500m甚至1km远外的物体还能否在监视器上清晰地显示出来。有了前面关于镜头的成像尺寸、焦距及视场角等概念后，这个问题就不难解释了，即看多远问题与许多因素有关。比如说，用某定焦镜头可以看清100m远处的钞票的面值。一般来说，镜头焦距越长看得就越远，但同时视场角却变小，结果观看的范围变窄了。举个简单的例子，若用标准镜头刚好看清远处某人的基本特征（是男或是女），则换用长焦距镜头则可能看清其面部特征（是否有痣或疤），但却无法看见该人穿的是什么裤子和鞋（这部分已经涨出了画面），而换用广角镜头则只可能看到画面中有人（连男女都分辨不出），但却可看清该人在整个监视场景中的所处的位置，周围还有什么别的人物或参照物。因此，关于看多远的较为科学的说法应该是在屏幕上成的像大小可对应于实际观测距离处多高或多宽的景物.例如，用8mm镜头观测10m远处的景物，如果该处有10个人站成一排则刚好可横向充满整个监视器屏幕。2 光阑系数：即光通量，摄像枪用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如 6mm/F1.4 代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。另外镜头的光圈还有手动（ MANUAL IRIS ）和自动光圈（ AUTO IRIS ）之分。配合摄像枪使用，手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整，用于室外、入口等光线变化大且频繁的场合。 光阑系数也称相对孔径为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设置了光阑（俗称光圈）。假定光阑的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头实际的有效孔径为D，D与焦距f之比定义为相对孔径A，即A=D/f镜头的相对孔径决定于被摄像的照度，像的照度E与镜头的相对孔径平方成正比，一般习惯上用相对孔径的倒数来表示镜头光阑的大小，即F=f/D式中，F一般称为光栏F数，标注在镜头光栏调整圈上，其标值为1. 4、2、2. 8、4、5. 6、8、11、16、22等序列值，每两个相邻数值中，后一个数值是前一个数值的倍。由于像面照度与光栏的平方成正比，所以光栏每变化一档，像面亮度就变化一倍。F值越小，光栏越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。3 自动光圈镜头：自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频（ VIDEO ）驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像枪传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流（ DC ）驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是 ALC 调节（测光调节），有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一个是 LEVEL 调节（灵敏度），可将输出图像变得明亮或者暗淡。 4 变倍镜头：变倍镜头分为手动（ MANUAL ZOOM LENS ）和电动（ AUTO ZOOM LENS ）两种，手动变倍镜头一般用于科研而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时，摄像枪通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。电动镜头有 6 倍、10 倍、15 倍、20 倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个 6 倍电动镜头，基准焦距为 8.5 毫米，那么其变焦范围就是 8.5 到 51 毫米连续可调，视场角为 31.3 到 5.5 度。电动镜头的控制电压一般是直流 8V16V ，最大电流为 30 毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降会导致摄像枪镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控一、镜头的分类镜头是电视监控系统中必不可少的部件，镜头与CCD摄像机配合，可以将远距离目标成像在摄像机的CCD靶面上。镜头的种类繁多，按外形功能分、按尺寸大小分、按光圈分、按变焦类型分、按焦距长矩分。从焦距上分类，可分为短焦距、中焦距、和焦距和变焦距镜头；从视场的大小分类，可分为广角、标准、远摄镜头；从结构上分类，还可分为固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头（指光圈、焦距、聚焦这三者均可变）等类型。由于镜头选择得合适与否，直接关系到摄像质量的优劣，因此，在实际应用中必须合理选择镜头。、球面镜头1”25mm自动光圈电动变焦、长焦距镜头女非球面镜头12”3mm手动光圈手动变焦标准镜头2、针孔镜头13” 8.5mm固定光圈固定焦距广角镜头3、鱼眼镜头23”17mm(1)以镜头安装分类所有的摄象机镜头均是螺纹口的，CCD摄象机的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。CS安装座：特种C安装，此时应将摄象机前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄象机上时，则需要使用镜头转换器。(2)以摄象机镜头规格分类摄像机镜头规格应视摄象机的C C D尺寸而定，两者应相对应。即：*摄像机的C C D靶面大小为12英寸时，镜头应选12英寸。*摄像机的C CD靶面大小为13英寸时，镜头应选13英寸。*摄像机的C C D靶面大小为14英寸时，镜头应选14英寸。如果镜头尺寸与摄像机C C D靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。(3)以镜头光圈分类镜头有手动光圈(manual iris)和自动光圈(autoiris)之分，配合摄像机使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像机输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄像机上的直流电压来直接控制光圈，称为D C输入型。自动光圈镜头上的A L C(自动镜头控制)调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分(峰值)来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，A L C已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成“白电平削波”现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节A L C来变换画面。另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即： F=f(焦距)D(镜头实际有效口径)， F值越小，则光圈越大。采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。(4)以镜头的视场大小分类标准镜头：视角3 0度左右，在12英寸CCD摄象机中，标准镜头焦距定为1 2 mm，在13英寸C CD摄像机中，标准镜头焦距定为8 mm。广角镜头：视角9 0度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。远摄镜头：视角2 0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。变倍镜头(zoom lens)：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。可变焦点镜头(varifocus lens)：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。变焦镜头可通过设置自动聚焦于最小焦距和最大焦距两个位置，但是从最小焦距到最大焦距之间的聚焦，则需通过手动聚焦实现。针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。(5)从镜头焦距上分短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视C C D的尺寸而定。长焦距镜头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。二、镜头的参数镜头的光学特性包括成像尺寸、焦距、相对孔径和视场角等几个参数，一般在镜头所附的说明书中都有注明，以下分别介绍。(1)镜头的成像尺寸镜头一般可分为25. 4mm（lin）、16. 9mm（2/3in）、12. 7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格，它们分别对应着不同的成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合。应与摄像机C C D靶面尺寸相一致，如前所述，有1英寸、23英寸、12英寸、13英寸、14英寸、15英寸等规格。几种常见CCD芯片的靶面尺寸由表2-1可知，12. 7mm（1/2in）的镜头应配12. 7mm（1/2in）靶面的摄像机，当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸大时，不会影响成像，但实际成像的视场角要比该镜头的标称视场角小（参见图2-2），而当镜头的成像尺寸比摄像机靶面的尺寸小时，就会影响成像，表现为成像的画面四周被镜筒遮挡，在画面的4个角上出现黑角（参见图2-2）。 (2)镜头的分辨率描述镜头成像质量的内在指标是镜头的光学传递函数与畸变，但对拥护而言，需要了解的仅仅是镜头的空间分辨率，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为：镜头分辨率N二1 8 0画幅格式的高度。由于摄像机CCD靶面大小已经标准化，如12英寸摄像机，其靶面为宽6.4mm高4.8mln，13英寸摄象机为宽4.8mm高36mm。因此对12英寸格式的C C D靶面，镜头的最低分辨率应为3 8对线mm，对13英寸格式摄像机，镜头的分辨率应大于5 0对线，摄像机的靶面越小，对镜头的分辨率越高。(3)镜头焦距与视野角度首先根据摄像机到被监控目标的距离，选择镜头的焦距，镜头焦距f确定后，则由摄像机靶面决定了视野。(4)光圈或通光量镜头的通光量以镜头的焦距和通光孔径的比值来衡量，以F为标记，每个镜头上均标有其最大的F值，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，则光圈越大。所以应根据被监控部分的光线变化程度来选择用手动光圈还是用自动光圈镜头。三、变焦镜头(zoom lens)变焦镜头有手动伸缩镜头和自动伸缩镜头两大类。伸缩镜头由于在一个镜头内能够使镜头焦距在一定范围内变化，因此可以使被监控的目标放大或缩小，所以也常被成为变倍镜头。典型的光学放大规格有6倍(6.0-36mm，F1.2)、8倍(45-36mm，F16)、1 0倍(80-80mm，F12)、12倍(6.0-72mm，F12)、2 0倍(10-200mm，F1.2)等档次，并以电动伸缩镜头应用最普遍。为增大放大倍数，除光学放大外还可施以电子数码放大。在电动伸缩镜头中，光圈的调整有三种，即：自动光圈、直流驱动自动光圈、电动调整光圈。其聚焦和变倍的调整，则只有电动调整和预置两种，电动调整是由镜头内的马达驱动，而预置则是通过镜头内的电位计预先设置调整停止位，这样可以免除成像必须逐次调整的过程，可精确与快速定位。在球形罩一体化摄像系统中，大部分采用带预置位的伸缩镜头。另一项令用户感兴趣的则是快速聚焦功能，它由测焦系统与电动变焦反馈控制系统构成。四、镜头与摄像机CCD尺寸的关系12”镜头既可用于12”摄像机，也可用于13”摄像机，但视角会减少25左右。13”镜头不能用于12”摄像机，只能用于13”摄像机。五、不同种类镜头的应用范围手动、自动光圈镜头的应用范围手动光圈镜头是的最简单的镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。手动光圈镜头和自动光圈镜头又有定焦距(光圈)镜头自动光圈镜头和电动变焦距镜头之分。定焦距(光圈)镜头，一般与电子快门摄像机配套，适用于室内监视某个固定目标的场所作用。定焦距镜头一般又分为长焦距镜头，中焦距镜头和短焦距镜头。中焦距镜头是焦距与成像尺寸相近的镜头；焦距小于成像尺寸的称为短距镜头，短焦距镜头又称广角镜头，该镜头的焦距通常是28mm以下的镜头，短焦距镜头主要用于环境照明条件差，监视范围要求宽的场合，焦距大于成像尺寸的称为长焦距镜头，长焦距镜头又称望远镜头，这类镜头的焦距一般在150mm以上，主要用于监视较远处的景物。手动光圈镜头，可与电子快门摄像机配套，在各种光线下均可使用。自动光圈镜头，(EF)可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，特别用于被监视表面亮度变化大、范围较大的场所。为了避免引起光晕现象和烧坏靶面，一般都配自动光圈镜头。电动变焦距镜头，可与任何CCD摄像机配套，在各种光线下均可使用，变焦距镜头是通过遥控装置来进行光对焦，光圈开度，改变焦距大小的。六、镜头的主要性能指标有以下几个：1、焦距：焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头；如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。2、光阑系数：即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mmP1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。镜头上光圈指数序列的标值为1.4，2，2.8，4，5.6，8，1 1，16，22等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的2倍。也就是说镜头的通光孔径分别是1/1.4，12，12.8，14，15.6，18，111，116，122，前一数值是后一数值的根号2倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。另外镜头的光圈还有手动(MANUAL IRIS)和自动光圈(AUTO IRIS)之分。配合摄像头使用，手动光圈适合亮度变化不大的场合，它的进光量通过镜头上的光圈环调节，一次性调整合适为止。自动光圈镜头会随着光线的变化而自动调整，用于室外、人口等光线变化大且频繁的场合。3、自动光圈镜头：自动光圈镜头目前分为两类：一类称为视频(VIDEO)驱动型，镜头本身包含放大器电路，用以将摄像头传来的视频幅度信号转换成对光圈马达的控制。另一类称为直流(DC)驱动型，利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈。这种镜头只包含电流计式光圈马达，要求摄像头内有放大器电路。对于各类自动光圈镜头，通常还有两项可调整旋钮，一是ALC调节 (测光调节)，有以峰值测光和根据目标发光条件平均测光两种选择，一般取平均测光档；另一个是LEVEL调节(灵敏度)，可将输出图像变得明亮或者暗淡。4、变倍镜头：变倍镜头分为手动(MANUAL ZOOM LENS)和电动(AUTO ZOOM LENS)两种，手动变倍镜头一般用于科研项目而不用在闭路监视系统中。在监控很大的场面时，摄像头通常要配合电动镜头和云台使用。电动镜头的好处是变焦范围大，既可以看大范围的情况，也可以聚焦某个细节，再加上云台可以上下左右的转动，可视范围就非常大了。电动镜头有6倍、10倍、15倍、20倍等多种倍率，如果再知道基准焦距，就可以确定镜头焦距的可变范围。例如一个6倍电动镜头，基准焦距为8.5毫米，那么其变焦范围就是8.5到51毫米连续可调，视场角为31.3到5.5度。电动镜头的控制电压一般是直流8V16V，最大电流为30毫安。所以在选控制器时，要充分考虑传输线缆长度，如果距离太远，线路产生的电压下降会导致镜头无法控制，必须提高输入控制电压或更换视频矩阵主机配合解码器控制。七、焦距的计算：1、公式计算法：视场和焦距的计算视场系指被摄取物体的大小，视场的大小是以镜头至被摄取物体距离，镜头焦头及所要求的成像大小确定的。(1)镜头的焦距，视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下：fwLW(2 )fhLhf：镜头焦距w：图象的宽度(被摄物体在ccd靶面上成象宽度)W：被摄物体宽度L：被摄物体至镜头的距离h：图象高度(被摄物体在ccd靶面上成像高度)视场(摄取场景)高度H：被摄物体的高度ccd靶面规格尺寸： 单位mm规格13”12”，23”1”W486.48.812.7H 364.86.6 9.6由于摄像机画面宽度和高度与电视xxx画面宽度和高度一样，其比例均为4:3，当L不变，H或W增大时，f变小，当H或W不变，I增大时，f增大。2、视场角的计算：如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。水平视场角B(水平观看的角度) B=2tg-1垂直视场角q(垂直观看的角度)q：2tg-1式中w、H、f同上水平视场角与垂直视场角的关系如下：q或q表2中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值，如果知道了水平或垂直场角便可按下式计算出视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度WH=2Ltg、W=2Ltg例如：摄像机的摄像管为17mm(23h)，镜头焦距f为12mm，从表2中查得水平视场角为40q2而镜头与被摄取物体的距离为2m，试求视场的宽度w。W=2Ltg-2 X 2tg=146m则HWX 1461059m焦距f越和长，视场角越小，监视的目标也就小。图解法如前所示，摄像机镜头的视场由宽(W)。高(H)和与摄像机的距离(L)决定，一旦决定了摄像机要监视的景物，正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定；*欲监视景物的尺寸*摄像机与景物的距离*摄像机成像器的尺士：13”、12”、23”或1”。图解选择镜头步骤：所需的视场与镜头的焦距有一个简单的关系。利用这个关系可选择适当的镜头。估计或实测视场的最大宽度；估计或实测量摄像机与被摄景物间的距离；使用13”镜头时使用图2，使用12镜头时使用图3，使用23”镜头时使用图4，使用1镜头时使用图5。具体方法：在以W和L为座标轴的图示25中，查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中，应选用座标交点上，面那条线指示的数值。例如：视场宽50m,距离40m,使用13”格式的镜头，在座标图中的交点比代表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。而用28mm的镜头则可以完全覆盖视场。f=vDV或f=hDH其中，f代表焦距，v代表CCD靶面垂直高度，V代表被观测物体高度，h代表CCD靶面水平宽度，H代表被观测物体宽度。举例：假设用12”CCD摄像头观测，被测物体宽440毫米，高330毫米，镜头焦点距物体2500毫米。由公式可以算出：焦距f=64X2500440c 36毫米或焦距f=48X2500330c 36毫米当焦距数值算出后，如果没有对应焦距的镜头是很正常的，这时可以根据产品目录选择相近的型号，一般选择比计算值小的，这样视角还会大一些。球面像差(Spherical aberration)一般球面镜片光线在进入镜片后到焦平面时在其边缘部份比中央部份容易产生严重的折射与弯曲，此现象会导致锐利度知对比的降低及光斑的产生而使得影像品质下降，而且光圈越大越严重，所以以收光圈的方式是可以改善这种情况，但是无法完全消除。而此种因球面镜片所产生的像差称为球面像差。非球面镜片（Aspherical）缩写ASPH，ASP是因应镜片的球面像差会降低影像品质所以设计来改善此一现象的镜片。其设计的原理是改变边缘部份的折射率使其能将光线能投射到同一焦平面上。慧型像差（Coma / Comatic Aberration）故名思义就是其圆点的像差型状像慧星的成像品质，这是球面像差经过矫正后在其画面周边最常见的现象。慧型像差可是由收小光圈得到改善。像散(Astigmatism)在画面中央部份可以成像但在离中央越远时其由点光源投射至焦点平面上时反而成一直线的的影像时此现象就称为像散，就像地球的子午线跟经纬线一样在三度空间的立体面来看时他是一个以中轴为中心的一个有挟角（就像我们座游览车可将座位放倒一样）的半倒的圆 但是在平面成像时就会变椭圆或一直线的显示了。像面弯曲(Curvature of field)这个现象是一个拍摄的物体是平面的可是经由镜头以后在焦点平面时对准中间周边是模糊的，对准周边中央是模糊的，也就是说平面的画面变成凹凸画面了就像平面的镜子变成路口的凸面镜一样。变型像差(Distortion)这又分两种一种叫做桶状变型(Barrel故名思意就是将四方型拍出水桶状）跟枕状变型（ Pincushion故名思意就是将四方型拍出的四边都像枕头一样凹下去）变型像差，像散跟像面弯曲都是无法由收光圈来改善的必需要由光圈位置的设计来改善。色差（散）(Chromatic aberration)当一般肉眼所见之光线经过不同介质（三棱镜）时会使得光线内的不同频率的光波产生不同的折射而将光线分解出由红到紫的彩虹光谱而光线经过光学镜片时也会因这种现象而产生光谱不同而无法使光线落在同一点上而产生色差造成晕开使得彩色影像模糊不清，然而借 着一些不同折射指数及不同色差（散）标准的光学镜片就可以将这种色差校正使其波长能投射到同一点上，此种设计称为消色差。然而在色差校正的过程中会产生中波长的矫往过正而出现次色差（Secondary Chromatic Aberation）现象消除这种现象以萤石镜片的效果最好。而镜头的矫正大都针对蓝紫色跟黄色光谱。色像差分光轴色像差（Axial Chromatic Aberration)指的是光轴上的实际焦点跟理想焦点产生位差所产生的色彩松散跟光斑）跟倍率色像差（Chromation difference of magnification这是指画面因放大倍率的不同在四周因色散所造成的加框的现象）两种。萤石(Fluorite)或称氟石是一种天然的化石，萤石和光学玻璃相比，萤石有低折射率，低色散等优点， 但在实际的运用上因为有其困难度跟经济因素存在，所以不可能使用。然而在光学上所使用的所谓光学玻璃都是以二氧化硅(Silica)为主要原料并且加入氧他钡(Barium)或镧(Lanthan um)之类的添加物，于镕炉中以高于1300度的高温溶解后，再以极慢的降温方式使其由液体凝固为固体。UD（Ultra Low Dispersion）超低色散镜片Canon于1960年底成功的研发出氟钙化合物(Calcium Fluoride CaF2)的人工结晶的萤石，因为成本太高，又于1970年后期研发出相当于萤石镜片的光学特性的镜片，此镜片就是UD （Ultra Low Dispersion）超低色散镜片。此为Canon公司所开发生产的人造萤石镜片，号称二片UD1片萤石的效果。APO(Apochromatic) Leica Sigma Minolta 在NikonED(Extra low Dispersion)及Tokin a的SD SLD等都是低色散或消色差的设计。解像力（Resolution）指的是镜头对拍摄物成像在底（相）片后的还原能力。反差（Contrast）指明暗对比所造成的清淅范围大小，在彩色来说还有所谓的色彩浓淡的分色能力。能够容纳明暗对比越大的镜头其所表现的细节越丰富，相反的如果所拍出的作品如果对比反差很大但没什么细节的镜头就不是一个透光性很好的镜头。光斑（Flare）镜头内因镜筒或镜片反射所产生的光线到达底片后造成画面灰朦的感觉（所谓的翳雾）降低了作品的清淅度这就是所谓的耀光或光斑了。鬼影（Ghost Image）这是一种在强光进入镜头后一排晕开的光斑的现象，像是幽灵一样的鬼影所以取名为鬼影。渡膜(Coating)在光线通过镜片时因介质不同所以会有不同的折射率而镜片与空气接触的界面上约有5 的光线反射，而这个反射也是光斑跟鬼影所以产生的由来，为了使这种反射不至于影响镜片透光率的减少所作的处理，这种加膜的处理就叫做渡膜。渡膜的处理是针对不同折射率的镜片施于折射率开的物质以真空蒸着法（Vacuum Vapro Deposition）渡上一层如氟化镁(Mi F2)或氟化钙(CaF2 )的物质使之增加波长的1/4厚度。然而一般太阳的光线内含有多种波长的光线而非单一的所以针对多重波长所做渡膜称之为多重熏膜（Multi-layer Coating）其反射率可下降至0.2-0.3左右。偏振光（Polarized Light）光其实是一种向四面八方幅射的一种电磁波他会因进入介质密度的不同而反射一些和原来的的幅射波共振而产生一种协波这种光波我们称他为偏振光他跟晴天的太阳光成90偏振，然而这种偏振光会影响光线进入我们的相机而产生影响测光值的准确度，也会影响作品的色饱合跟黑白照的清析度所以要加偏光镜来滤除这种偏光。线性偏光镜（Linear PL Filter）经过折射的光线偏镜才能发生作用，其作用的原理是在镜片中渡上一层偏光箔膜使得经过折射后单一方向的光线可以通过其余的都反射出去。环型偏光镜（Circular PL Filter）新的相机系统都设计了一个分光镜来提供一部份的光线给测光系统用，所以在加了线性偏光镜后入射的光线经过棱镜再到测光系统时都会出现两次偏光的作用而使得测光系统得到一个错误的测光值，因此就需要不同的光线行进方式的设计来解决这方面的问题，所以在线 性偏光以外再加上可以将光波延长1/4的偏光箔来使光的方向呈螺旋状的进行所以称为环型偏光。偏光镜的使用会因环境跟折射率不同而出现不同的偏光效果例如水37度玻璃小于32度，所以，使用偏光镜时都要旋转来找出最佳的角度求得最好的偏光阻隔效果。景深（Depth of Field）当我们在看一张拍好的作品时仔细看会发现在拍摄的主体以外其他的部份也有一些是清析的然而清析又有一定范围，对了这就是所谓的景深。镜头景深的特性有下列几点提供参考1.光圈越小（光圈数字越大）景深越长。2.镜头焦距越长景深越短。3.被摄物距离相机 越远景深越长。4.被摄物的前景深会比后景深来得短。以下这个公式可以大概算出景深的范围 前景深DF（？+DFm） 后景深DF（？-DFm） D最小模糊圈直径 F光圈数值 m物距（被摄体平面到镜头第一主平面的距离）M 镜头焦距超焦距离（Hyperfocal Distance）或称泛焦通常使用在有景深表（Depth of field scale）尺的镜头较方便，使用的方法是将对在右边的光圈值（假设用16好了）上（景深表尺标示的排列通常是22.16.11.88.11.16.22） 在左边的16所对应出来的数字（假设是0.6米）那就是说其从60公分一直到无限远在人的肉眼看放大到5X7吋的画面在2-30公分下看是清楚的。不过也可以用公式算出泛焦范围？/DF允许的模糊圈（Permissible Circle of Confusion）肉眼在2-30公分的距离下看1/100英吋的圆或点时是分不出他们的差别的，然而这一现象我们称为允许的模糊圈CCI（Color Contribution Index）被摄物经由镜头在底片成像后还原为作品时其色彩的再现能力影响的因素有三个，一是底片的发色特性；二是投射在被摄物的光源色温；三是镜头的透光特性。而CCI乃是指当你的底