高清监控镜头四大技术及发展趋势

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　　在高清化普及之前，监控设备用户常常会碰到这样的情况，在办案取证或收集线索时，现场是有监控摄像机的，但查看录像后发现录像画面很差，人物模糊不清，充满雪花噪点，晚上更是漆黑一片，很难提取到有价值的信息，这些录像甚至被戏称为“俄罗斯方块组成的印象油画”。

　　一、监控镜头发展现状

　　近些年，随着安防技术推陈出新，高清技术开始广泛应用，高清摄像机也逐步取代标清摄像机，成为市场主流。高清摄像机能为用户提供更好的画质，更多的细节信息，减少了“俄罗斯方块组成的印象油画”笑剧。摄像机的高清效果，不仅仅是依靠更高像素的感光器件、更好的ISP技术、更高效的存储技术，高清镜头也是关键技术，没有匹配的高清镜头，高清摄像机也不能发挥出应有的高清效果。

　　高清镜头，也称超百万像素镜头，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，成像圈中心和0、7视场都能达到1000TVLine以上，才称之为高清镜头。

　　2010年起，高清镜头保持平均每年10%以上增长速度，目前国内CCTV高清镜头市场主要品牌有海康威视、凤凰光学、福建福光、厦门力鼎等国产品牌，以及富士能、腾龙、computar、宾得等日系品牌。由于国内光学技术迅速进步和安防镜头的国产化趋势，以海康威视为代表的国产品牌逐渐取代日系品牌，开始占据更多的市场份额。凭借对市场需求的精准把握和对性能、品质的不懈追求，目前海康威视的高清镜头产品已经涵盖了1/2、7“高清红外变焦，1/1、8”高清红外变焦和ITS高清等多个大的系列。

　　图1 海康威视高清镜头

　　二、四大核心技术

　　镜头本身是高精密光学器件，高清镜头尤其如此。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：

　　1、 超精密模造非球面技术

　　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。

　　图2  非球面技术

　　2、 多层宽带增透镀膜技术

　　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%，如图3所示。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。

　　图3  普通单层增透镀膜和多层宽带增透镀膜对比

　　3、 超低色散材料技术

　　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，如海康威视监控高清系列镜头，广泛使用了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，如图4所示，镜头高清性能更优。

　　图4超低色散玻璃校正二级光谱

　　4、 精密变焦凸轮设计技术

　　对于高清变焦镜头而言，其成像质量在很大程度上取决于变焦凸轮的精度。通过凸轮的旋转，带动变焦和聚焦组镜片前后移动，从而实现焦距的连续变化和聚焦点的调节。如果凸轮的精度不佳，则在变焦和聚焦的过程中，不可避免的会出现透镜光轴的偏移或者倾斜，导致成像质量的严重下降。海康威视高清系列监控镜头，采用精密变焦凸轮设计技术，能保证良好的凸轮制造精度，确保变焦和聚焦过程中的成像质量，同时也保证了顺滑而不失阻尼感的调节手感。

　　图5海康威视高清镜头使用的变焦凸轮

　　三、发展趋势

　　最近两年，随着高清摄像机在安防监控领域的应用不断扩大，带动高清监控镜头技术也紧跟着摄像机的步伐，不断升级，出现了4K超高清、超大光圈等新技术。

　　1、 4K超高清技术

　　在去年北京安防展上，很多安防厂家纷纷展出了4K超高清摄像机。4K超高清技术出现之前，主流高清监控镜头像素为六百万以内。4K超高清技术的出现，对镜头的解像力提出了更高的要求，4K镜头的设计、制造难度都会增大许多，即使日系镜头厂商，目前也只有寥寥几家推出了4K镜头。海康威视于2014年10月发布了一款大靶面（1/1、7英寸）4K超高清镜头，这款镜头支持1200万像素，能提供超高清的图像细节的同时，具备165度超广视角，很适合于广场、道路等场景的监控需求。

　　图6  4K超高清镜头拍摄效果

　　2、 超大光圈技术

　　随着安防监控日趋高清化、网络化、智能化，摄像机的应用范围也越来越广泛，很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机，尤其是低照度高清摄像机，以满足全天候24小时监控的需求。对于夜晚等低照度环境，如果摄像机采集光线不够，会造成画面很暗的情况，影响清晰度。摄像机低照度性能的提升，超大光圈镜头是关键技术之一。海康威视于2014年11月发布一款恒定超大光圈变焦镜头！

　　图7  海康威视HV0733D-6MP镜头

　　这款镜头仅从参数来看，就足够震撼，至少是目前日系品牌镜头也找不到的。首先这款镜头采用超大光圈技术，光圈F数达到0、95，与光圈 F1、5的普通镜头相比，在相同焦距下拍摄低照度场景，这款镜头的图像亮度要高很多。同时此款镜头采用恒定光圈技术，在全焦段任意焦距下使用时，镜头的最大光圈值都是0、95。在夜间等较暗的环境下，恒定超大光圈技术让监控画面更亮，从而保证了夜间监控的高清化。

　　日系镜头，F1、5         海康威视HV0733D-6MP镜头，F0、95

　　图8 低照度效果对比

　　四、结语

　　高清化已是视频监控行业发展的必然趋势，高清设备也是各大安防厂商逐鹿市场的必备武器。作为在成像过程中起到关键作用的镜头，自然是高清化步伐的排头兵。在高清化的大潮中，已有的镜头设计、制造技术会不断成熟和普及，新的技术如文中介绍的4K超高清技术、超大光圈技术，也会不断进步和应用，也进而加速镜头的高清化步伐。