视频监控系统的前端设备.ppt

1、第二章详细分析了视频监控系统氟里昂的镜头、通用相机、云台(包括防护盖等辅助设备)的结构和原理，并介绍了应用系统时的安装、调整、维护、日常故障的处理。 2.1光学成像，使现实空间中的物体在图像传感器的受光营销对象面上成像，即所谓的光学成像。 首先，应该了解光学成像的过程。 2.1.1光学成像原理的基础、光学成像是指，使光学现实空间的物体在图像传感器的受光营销对象面上成像。 怎样才能在感光器件的营销对象面上得到清晰的物体像？ 这涉及光学图像的工艺原理。 一般来说，通过合理设计(包括合理选择镜头的各种残奥仪表，并考虑物体的照明条件、聚光方式、光学系统的传递损失、像面照度计算方法等放射度学问题)，可以

2、使其像的位置、尺寸、清晰度、物体像光强度等适合实用时的技术条件。 2.1.2光学成像过程是如图2 a所示的在物体的光学成像过程中，以一定方式组合各种形状、不同介质的反射镜、透镜和棱镜项目，使来自空间上的物体的光线通过这些个的光学零配件的透射、折射和反射，并且在根据人们的需要改变传播方向之后，被接收老虎钳接收这些个的光学零配件组合也称为光学组，光学系统。 2.1.3光学系统的基础知识，理想光群意味着光群在任意宽的空间中，以任意宽的光束形成完整的像。 1理想光群的基本性质理想光群的基本性质主要有以下3个。 (1)点形成图像如图2-2所示，图中的a与a、b与b一一对应，即，对于物体空间中的任何一个点

3、，在图像空间中必定是一个点相对应的，并且，仅一个点相对应。 通常将这两个对应点称为共轭点。 (2)线的成像如图2-2所示，图中的线AB和线AB一对一对应，即，对于物体空间中的任何直线，在像空间中必定只对应1条直线，并且只对应1条直线。 通常，这两条对应线称为共轭线。 (3)在对称轴共轭物空间和像空间中存在唯一的共轭对称轴。 如果物体空间内的某个点a以该空间内的对称轴为中心旋转任意角度，则该共轭像点a也一定以像空间的对应的对称轴为中心旋转相同角度。 通常，这一对共轭的对称轴称为光轴。 通过认识上述3点的基本性质，得到a、b 2点分别与a、b共轭，直线AB和直线AB共轭的推论的同心光束经管人，在变

4、换了光群之后，希望成为同心光束，物体空间的任何平面都被理想的光群变换如果像空间的共轭像也必定成为一个平面的物体空间内的平面与光轴垂直，则该共轭像平面也必须与光轴垂直，理想光组的一对共轭面的横向放大率一定，与物高无关。 2理想光学系统的基点、面理想光群空间的点和像空间的点相互对应，如果知道理想光群的焦点、主点、聚焦面、主面和结节点等基点、面残奥仪，则能够根据物体的位置和大小，通过作图和运算求出像的位置和大小。 (1)焦点和聚焦面理想光群的焦点有像侧焦点和物体侧焦点。 所谓像侧焦点，是指与光轴上的无限远的物点共轭的像点，所谓记为f的物体侧焦点，是指与光轴上的无限远的像点共轭的物体点，记为f。 超过

5、摄像侧焦点f而与光轴垂直的摄像面如图中所示称为摄像侧聚焦面。 关于像侧聚焦面的特性，从物体侧无穷远的轴上的点或轴外的点出来的平行光束，必须经由理想的光学系统而会聚到像侧焦点f或像侧聚焦面上的点b。 反过来说，从物体侧焦点f或物体侧聚焦面上的点b射出的光束是经由理想的光学系统必定与光轴平行或与光轴具有一定倾斜角的平行光束。 (2)主面和主点图2-4和2-5的HQ和HQ平面是主面。 主面是指横向放大率(像高与物高之比)为1的共轭面。在两图中，物体平面HQ是物体侧的主面，摄像侧的主面指向平面HQ。 物体侧主点是指主面HQ与光轴的升交点h，摄像侧主点是指摄像侧主点HQ与光轴的升交点h。 从图中可以看出

6、，两个主点h、h、两个主面HQ和HQ都是共轭的。 (3)焦距长度如图所示，焦距长度是从主点到焦点的距离。 在此，将从物体侧主点h到物体侧焦点f的距离称为物体侧焦距长度，将记为f的从像侧主点h到像侧焦点f的距离称为像侧焦距长度，记为f。 焦距长度f和f都是世代数，分别以主点h、h为起点计算到焦点f、f的距离，将光线传播(从左向右)的方向设为正，将从右向左设为负，将图中f值设为负，将f值设为正。 的双曲正切值。 如果在f、f、h和h的相对位置处确定物体图像变换特性，则使用图线和计算方法能够获得图像的位置和大小，三个理想光学系统的物体图像关系理想光学系统的物体图像关系，并且也能够用图线方法进行求解或

7、解析法求解。 (1)理想光学系统的作图如图2-7所示，该方法简单直观，分析分析方法的计算结果比较准确。 (2)理想光学系统的解析请求图像解析请求图像，对给定的理想光学系统，根据物体点的坐标，通过计算确定像点的坐标。 根据坐标系的取法，描绘物体像的对应关系的数学形式不同。 物体摄像方式主要有将焦点设为坐标原点的物体摄像方式(牛顿方式)和将主点设为坐标原点的物体摄像方式(高斯方式)。 另外，4光学系统的放大率因为同轴理想光学系统只有在垂直于光轴的平面上成像的像类似物体，所以大部分光学系统都在垂直于光轴的某一特定物体平面上成像。 用5光束限制光学系统限制光束的要素主要有光圈、渐变、焦深和景深等。 (

8、1)光圈由光学零配件的镜框和专用的带孔金属板等构成，其对称中心一般位于系统的光轴上。 在实际的光学系统中，只能构成在一定的空间和一定的光束开口范围内满脚丫子的物体像。 因此，为了限制成像空间和光束开口，需要在光学系统中使用光圈。 光圈是控制光束通过多少的装置。 主要是为了调节通过的光束的强弱等，光圈的作用是改善系统的成像质量，决定通过系统的光能，屏蔽系统中有害的杂散光等。 根据用途分为视场光阑、有效光圈、杂散光消除光圈等。 视场光阑视场光阑用于限制系统的拍摄范围。 前方系统的像称为入射窗，后方系统的像称为出射窗。 有效光圈有效光圈限制成像光束在轴向上的孔径的大小，因此也被称为孔径光圈。 在前方

9、系统上成像的图像称为入射光瞳，并且在图28中示出。 将连接轴外物体点b和入射光瞳中心z的线称为主光线。 在目视光学系统中，其最大视野的主光线在像侧和光轴的升交点中被称为眼点。 眼点距离是指从眼点到目镜最后表面的距离。 (2)在渐晕光学系统中，当远离光轴的物点成像时，光圈的存在使得能够到达摄像面的光束变窄，结果远离光轴的像点变暗，这被称作渐晕效果。 (3)焦点深度是焦点深度的简称，在对焦时，如果对焦到某物体上，不仅能清楚地看到位于该点平面上的各点，即使在该平面的上下一定的厚度内，也可知该清晰部分的厚度是焦点深度。 (4)景深看起来像云同步的空间的深度称为眼睛的成像空间的深度，拍摄景深时，调节通用

10、相机镜头，使离通用相机一定距离的被摄体清晰成像的过程称为大头针，存在该被摄体的点称为大头针，“清晰”不是绝对的概念，因此，在大头针之前后面一定距离的被摄体的成像清晰，该前后范围的总和称为景深，意味着即使是该范围内的被摄体也能清晰地进行摄影。另外，景深的大小首先与镜头焦距有关，长焦距长度的镜头的景深小，短焦距长度的镜头的景深大。 接着，景深与光圈有关，光圈越小(数值越大，例如f16的光圈比f11的光圈小)，景深越大的光圈越大(数值越小，例如f2.8的光圈比f5.6大)，景深越小第二，前景深度小于最后景深，即，在精确地对焦之后，在焦点之前很清楚地显示了很小的距离内的场景，而在焦点之后很清楚地显示了

11、很长的距离内的场景。 系统图像是否清晰是主观的相对概念，没有基准就没有意义。 这个标准是平面上允许的最大景点。 景深的范围以一定的光斑直径求出。 由此可知，容许的光点直径的大小与光学系统受光器(人眼、感光乳剂、光电元件等)的极限分辨率有关，与对象的分辨率要求有关，分辨率要求低时容许的大小变大，景深变大。 6极限分辨率极限分辨率是光学系统的重要性能指标，是指光学系统正好能识别的两个物体之间的最小间隔。 (1)理想光学系统的衍射极限分辨率按照几何光学的理想成像的定义，从同一物体点射出的光线，在通过光学系统后都应该在一点相交。 但是，在实际拍摄中，通常可以得到一定面积的景点。 由于光实际上是电磁波，

12、所以通过在光学系统中限制光束的口径的开口光圈的衍射来生成衍射像。 根据物理光学中的衍射原理，衍射光斑的中心亮度光斑集中了总能量的80%以上，而第一亮度环的最大强度小于中心亮度光斑的最大强度的2%。 衍射光斑中各环的能量分布如图2-10中曲线所示。 中心辉斑的直径由(2-3)式表示，作为光的波长的像空间介质的折光率的像侧孔径角。 衍射像有一定的大小，2个衍射像之间能够识别的最小间隔称为理想光学系统的极限分辨率。 实验证明，两个像点间能够识别的最短距离为中央的明亮光点的半径r、7焦距长度制物镜系统，在同一摄像系统中，为了识别远距离的小目标，有时需要长的焦距长度物镜，有时需要短的焦距长度来以大视野捕

13、捉大空间的像在摄像物镜系统的焦距长度或视野在一定范围内变化的情况下，焦距长度制物镜系统在CCD营销对象面上的像面位置稳定。 焦距长度制物镜系统包括焦距长度制成像物镜和可变光圈。 焦距长度变物镜的性能要求是变焦比焦距长度小、视野短、焦距长度宽的视野电动变焦。 对其结构的要求是体积小，重量必须轻。 其对成像质量的要求是：各种焦距长度恒定地满足影像质量和摄像面，并且在变焦期间总是将摄像面放置在CCD传感器的营销对象面上。 当前的可变焦距长度物镜采用改变透镜组的间隔来改变整个物镜的焦距长度的方式。 如果移动透镜组改变焦距长度，则总是伴随着像面的移动。 因此，必须补偿摄像面的移动。 根据补偿组的性质，有

14、光学补偿和机械补偿两种。 在任一校正方式中，变焦系统一般都具有前固定组(可调焦组)、变焦组、后固定组三个部分。 2.2镜片的残奥表、镜片是视频监控系统前端设备的重要零配件之一，也被称为通用相机镜片。 在一般的视频监控系统中使用的通用相机不适合镜头，因此可以根据用户的需求选择适合通用相机的镜头，将两者组合使用。 透镜的残奥表主要是成像尺寸、焦距长度、相对开口率、视角等，一般记载在透镜附带的说明书中。 2.2.1成像尺寸以在12.7(1/2 in )透镜安装了12.7(1/2 in )营销对象面的通用相机为例，在透镜的成像尺寸比通用相机营销对象面的尺寸大的情况下，虽然对成像没有影响，但实际成像的视

15、场角比该透镜的标称视场角小， 这是因为，在透镜的成像尺寸小于通用相机的营销对象屏幕的尺寸的情况下，在屏幕的四个犄角旮旯中出现如图2 a至13 c所示的黑色角，并且成像的屏幕的周围被镜筒遮挡。2营销对象尺寸规格营销对象尺寸规格参照表2-1，常见的CCD芯片的营销对象尺寸为6.35 mm(1/4 in )、8.47 mm(1/3 in )、12.7 mm(1/2 in )、16.9 mm(2/3 in )、25.4 mm(1 in )等几个分别对应不同的成像尺寸，在实际进行选择时，应该尽量使透镜的成像尺寸与通用相机营销对象尺寸一致。 2.2.2焦距长度、1个镜头的焦距长度在实用上，镜头的焦距长度是

16、构成镜头的组合光组的焦距长度，其符号是f，决定摄影图的大小。 如果使用两个镜头的焦距长度以不同焦距长度的镜头拍摄具有相同位置的物体，则通过配置了长焦距长度的镜头的通用相机拍摄的场景的大小变大，反之亦然。 准确地选择镜头的焦距长度解决了通用相机观看多远的物体以及观看多宽的场景的问题。2.2.3相对口径、1相对口径的光学镜头的重要残奥计之一用镜头的有效孔径和焦距长度之比来表示。 相对孔径是比。 相对口径的大小表示镜头射入光的量。 相对数值孔径的倒数称为光圈数或光圈系数。 最大的相对口径刻在镜头上。 1:2.8比1:4好。 f是光圈f的数量，镜头的可变光圈标记有1.4、2、2.8、4、5.6、8、1

17、1、16、22等的序列值，在两个相邻的数值中，后者的数值是前者数值的根数的2倍。 应用具有两个相对孔径的普通透镜的f值指代该镜头的最小光圈数目，这表示该镜头的最大通光特性。 因此，f值越小，表示该透镜的最大光学特性越好。 2.2.4视场角、1视场角的意义视场角是指透镜确定视场的高度和宽度的张角，符号被分为水平视场角h和垂直视场角v。 2视野角与焦距长度f成反比，与通用相机的营销对象面的水平尺寸和垂直尺寸成正比。 镜片的视角过小，则成为监视死角；过大，则被监视物的尺寸过小。 因此，当实际应用时，必须根据具体的应用环境来选择视场角适当的透镜，以避免上述问题。 另外，在光学设备中，将光学设备的镜头作

18、为顶点，被测定对象的物体由能够通过镜头的最大范围的两个边缘构成的角度称为视场角。 视野角的大小决定光学机器的视野范围，视野角越大视野越大，光学倍率越小。 一般来说，如果目标物超过该角度，则无法收纳在透镜中。 在显视器系统中，视角是连接显视器边缘和视点(眼睛)的角度。 AOB角是水平视角，BOC是垂直视角。 2.3各种镜片、镜片的种类各异，各自的镜片有特点，功能和构造也不同，价格也很不同，所以应该理解各种镜片的特性，在实际应用中正确灵活地选择镜片。 2.3.1固定光圈对焦镜头、1固定光圈对焦镜头的结构固定光圈对焦镜头是最简单的镜头之一，结构简单，价格便宜。 该镜头只有一个可手动调整的对焦调整环，左右旋转该环，可使CCD营销对象面上的图像最清晰，监视屏画面上的图像也最清晰。 另外，应用第二固定光圈的调焦透镜，由于透镜没有光圈调整环，因而无法调整光圈，因而，只能通过改变被摄体现场的亮度来调整进入透镜的光束。 例如，增减被摄体现场