電動變焦鏡頭核心技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

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電動變焦鏡頭核心技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間：2010/06/18

　近年來，用于室外監(jiān)控的電動變焦鏡頭在市場上逐漸興起，但大多數(shù)工程商對其核心技術(shù)并不了解，本文就目前市場上熱門的3-CAM技術(shù)、透霧功能、ED超低色散鏡片等方面與您進(jìn)行詳細(xì)分析。

　　談到電動變焦鏡頭，人們很容易就想到體積大、重量可觀的大家伙，以及與安裝的攝像機(jī)那種不協(xié)調(diào)的比例。電動變焦鏡頭的發(fā)展，經(jīng)歷了短焦100mm以下——中焦300mm左右——長焦700mm以上的過程，不論從市場還是技術(shù)方面都已經(jīng)逐漸成熟。由于市場和技術(shù)的發(fā)展，100mm以下的市場已經(jīng)被一體化攝像機(jī)壟斷，所以我們討論的重點放在中、長焦系列的鏡頭上面。

　　隨著市場需求的不斷提高，電動變焦鏡頭的焦距隨之不斷加長。從100mm到200mm再到300mm逐漸發(fā)展而來，現(xiàn)在成熟的產(chǎn)品已經(jīng)做到了750mm。長焦鏡頭的發(fā)展，使單點監(jiān)控的范圍由“米”為單位發(fā)展到以“公里”為單位成為可能。但是，鏡頭設(shè)計的復(fù)雜度也成倍上升，使得在短焦時無關(guān)緊要的問題被逐漸放大，同時，新的技術(shù)問題也接踵而來。如何在客戶需要和技術(shù)瓶頸中找到平衡，已成為了各家廠商思考的熱點問題。

　　電動變焦鏡頭尤其是長焦鏡頭，為了得到更好的監(jiān)控效果，一般會安裝在比較高的位置，這樣可以得到更好的視角。而且，很多產(chǎn)品是安裝在野外，天氣的大幅變化對設(shè)備在各種氣候下的適應(yīng)能力也有了更高的要求，這些都給維護(hù)帶來了麻煩。因此，有一個質(zhì)量穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品才能減少維護(hù)成本，保證監(jiān)控的不間斷進(jìn)行。于是，有實力的廠商引進(jìn)了一些高端鏡頭行業(yè)采用的技術(shù)來提高產(chǎn)品性能。如3-CAM技術(shù)的應(yīng)用就是這種趨勢的代表。3-CAM技術(shù)的出現(xiàn)，徹底放棄了目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的傳統(tǒng)的3軌道技術(shù)。

　　3-CAM技術(shù)的特點

　　1、解決了光學(xué)偏心

　　3軌道技術(shù)由于采用軌道的方式來保持變焦時鏡片在一條主軸上運動。這種技術(shù)在短焦鏡頭中應(yīng)用沒有什么問題，因為鏡片的相對位移比較短，目前的生產(chǎn)工藝可以基本保證鏡片在移動時不偏離主軸。但在長焦鏡頭中，尤其是在300mm以上的變焦鏡頭中，這種鏡片依靠軌道直線推進(jìn)的結(jié)構(gòu)可能會使鏡片在移動過程中發(fā)生偏離主軸的情況。

　　由于3-CAM技術(shù)不需要軌道來定位鏡片，其鏡片移動時采用螺旋推進(jìn)，即鏡片圍繞主軸旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，所以不會發(fā)生偏心的情況。這種技術(shù)特別適合于制作長焦、大變倍的鏡頭。

　　2、可延長使用壽命

　　由于3-CAM技術(shù)是利用鏡片邊緣的“銷”結(jié)構(gòu)在一個經(jīng)過嚴(yán)密設(shè)計的光滑的弧形滑道上運動，不會有任何的硬性摩擦，所以機(jī)械磨損非常小。這種減少的摩擦，可以大大延長電機(jī)的壽命，同時可以降低電機(jī)的驅(qū)動電壓。有些高檔鏡頭甚至可以使用1.5V的電壓來驅(qū)動鏡頭電機(jī)，使電動鏡頭的鏡片移動非常平穩(wěn)、緩慢。有利于在長焦時對物體的精細(xì)聚焦，拓寬了解碼器對鏡頭變焦、聚焦等操作的速度變化范圍。

　　3、鏡頭溫度變化適應(yīng)能力強(qiáng)

　　3-CAM技術(shù)的“銷”結(jié)構(gòu)可以減少摩擦，因而只需要在“銷”結(jié)構(gòu)使用極少的潤滑油，就可以達(dá)到理想的潤滑效果。而3軌道技術(shù)為了得到相同潤滑效果，需要在軌道和螺紋邊緣涂抹較多的潤滑油。在我們這樣一個幅員遼闊、橫跨多個氣候帶的國家，南北溫差極大。在南方高溫天氣下，潤滑油會逐漸變?yōu)橐簯B(tài)，進(jìn)而發(fā)生“漏油”等情況。北方過多的潤滑油會凝結(jié)而阻礙鏡片的移動。所以，減少潤滑油的使用，可大大提高鏡頭對溫度的適應(yīng)能力。

　　4、可減少內(nèi)部光反射

　　由于變焦鏡頭內(nèi)部由多個鏡片組組成，鏡片組之間又有較大的空間。這個空間隨鏡頭焦距的增加而逐漸變大。光線很容易會照射到內(nèi)壁再反射到內(nèi)層鏡片上，從而干擾鏡頭正常的成像，出現(xiàn)“重影”。3軌道技術(shù)是通過內(nèi)壁的螺紋旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動鏡片移動的，所以內(nèi)壁要做的非常光滑，即使涂抹了遮光圖層，也會在使用過程中逐漸磨損掉而露出金屬光亮的原色，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)反射而干擾正常成像。

　　3-CAM技術(shù)由于不需要依靠螺旋驅(qū)動鏡片移動，所以內(nèi)壁可以噴涂不反光的材料來避免“內(nèi)反射”的發(fā)生，使圖像更加清晰、明亮。

　　透霧功能

　　過去CCTV鏡頭還處于300mm以下階段時，觀測距離一般限定在1公里以內(nèi)，這種應(yīng)用對天氣能見度的要求比較低，但是焦距已經(jīng)發(fā)展到750mm的今天，霧天對監(jiān)控圖像的影響就不得不引起我們的重視了。這種情況尤其是在森林防火、油田監(jiān)控和離海面較近的港口碼頭等遠(yuǎn)距離監(jiān)控中尤為重要。這種環(huán)境往往更容易產(chǎn)生霧氣，使24小時不間斷監(jiān)控面臨新的挑戰(zhàn)。

　　針對這種情況，少數(shù)有設(shè)計、研發(fā)能力的廠商經(jīng)過努力開發(fā)出了具有透霧功能的鏡頭，并成功實現(xiàn)了成品上市。這種技術(shù)的出現(xiàn)，大大拓寬了視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍，并且是人類依靠聰明智慧戰(zhàn)勝自然環(huán)境的又一經(jīng)典案例。市場上少數(shù)廠商在不具備生產(chǎn)透霧鏡頭產(chǎn)品能力的情況下，使用普通的產(chǎn)品充當(dāng)透霧鏡頭來銷售，宣稱具有透霧功能，是極不負(fù)責(zé)任的行為。當(dāng)然，在實際測試中無法蒙混過關(guān)，最終擺脫不了被淘汰的命運，但給對此功能有需求的用戶在產(chǎn)品選擇上制造了許多障礙，并浪費了許多時間。

　　ED超低色散鏡片

　　1、色散的成因

　　當(dāng)太陽光通過不同的介質(zhì)時，例如：玻璃或水，不同波長的光線因為會有不同的折射率，導(dǎo)致藍(lán)光、綠光和紅光會聚在不同焦點上。白光進(jìn)入然后七彩分色光線出來。就自然界來說，這是構(gòu)成色彩的必要成分，可是就鏡頭來說，這樣的特質(zhì)會形成影像上的大災(zāi)難！隨著鏡頭設(shè)計越來越復(fù)雜，且具備更多的功能，鏡頭設(shè)計工程師必須要跟“色散”打交道。透過不斷的實驗和測試，光學(xué)玻璃所產(chǎn)生的影像色彩分散現(xiàn)象是聚焦中心部分會出現(xiàn)同心圓狀的色滲現(xiàn)象，在聚焦影像的周圍形成異色光斑，并從中心部分開始逐漸向邊緣部分?jǐn)U大，而當(dāng)鏡頭的焦距越長，這種色散也就越明顯。

　　2、ED超低色散鏡片

　　為了解決色散給成像帶來的負(fù)面影響，鏡頭研發(fā)人員對各種材質(zhì)進(jìn)行實驗，通過不斷的努力，通過合成不同的元素，終于找到一種可以解決色散問題的鏡片。這種鏡片稱為“ED”（Extra-lowDispersion）鏡片，它大大提高了鏡片的成像畫質(zhì)。

　　長焦鏡頭小型化趨勢和對周邊設(shè)備的要求

　　電動變焦鏡頭，特別是長焦的鏡頭對周邊配件的要求很高。一般的長焦鏡頭體積比較大，這也就意味著護(hù)罩的體積更大，極大的護(hù)罩意味著高昂的價格和更大的重量，小巧的外型不僅能減小護(hù)罩的尺寸，同時也給云臺的載重減輕了負(fù)擔(dān)。對于云臺，要求載重能力要強(qiáng)，運轉(zhuǎn)精度要高。長焦鏡頭重量比常規(guī)鏡頭要大得多，再加上護(hù)罩的重量，沒有一定的載重能力是很難帶動起來的。長焦鏡頭在焦距調(diào)到最大值時，視角不到1°，若云臺的精度不足，是很難定位監(jiān)控目標(biāo)的。對于解碼器的使用，如果預(yù)置位控制的精度不夠，在多次調(diào)用預(yù)置位后就無法準(zhǔn)確回位。長焦電動變焦鏡頭的安裝使用，對護(hù)罩、云臺等配套設(shè)備要求不斷提高，鏡頭的體積和重量也是控制造價的重要因素，小巧、輕便的鏡頭也將成為鏡頭廠商的重要研發(fā)方向。

　　結(jié)語

　　隨著CCTV攝像系統(tǒng)對鏡頭高畫質(zhì)、長焦等性能需求的日益增長，各大鏡頭廠商之間的競爭會逐漸加劇。采用新技術(shù)提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，對今后的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。3-CAM、透霧、ED（超低色散）鏡片、體積小型化等技術(shù)在電動變焦鏡頭中的發(fā)展，大大拓寬了人們可視監(jiān)控的范圍，電動變焦鏡頭勢必會在森林防火、油田監(jiān)控和港口碼頭等遠(yuǎn)距離監(jiān)控的高端領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

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