‧ 高清監控鏡頭四大技術及發展趨勢

來源:CPS中安網作者:劉超

影像監控高清化的步伐越走越深，同時高清化也促進了影像監控的網路化、智慧化，加快高清監控大時代的進程。

在高清化普及之前，監控設備使用者常常會碰到這樣的情況，在辦案取證或收集線索時，現場是有監控攝影機的，但查看錄影後發現錄影畫面很差，人物模糊不清，充滿雪花噪點，晚上更是漆黑一片，很難提取到有價值的資訊，這些錄影甚至被戲稱為「俄羅斯方塊組成的印象油畫」。

一、監控鏡頭發展現狀

近些年，隨著安防技術推陳出新，高清技術開始廣泛應用，高清攝影機也逐步取代標清攝影機，成為市場主流。高清攝影機能為用戶提供更好的畫質，更多的細節資訊，減少了「俄羅斯方塊組成的印象油畫」笑劇。攝影機的高清效果，不僅僅是依靠更高像素的感光器件、更好的ISP技術、更高效的儲存技術，高清鏡頭也是關鍵技術，沒有匹配的高清鏡頭，高清攝影機也不能發揮出應有的高清效果。

高清鏡頭，也稱超百萬像素鏡頭，與普通鏡頭相比具有清晰度高、光譜透射能力強、做工更精密等優勢。一般選取鏡頭成像圈中心及0.7視場的解像力作為評判鏡頭清晰度的標準，成像圈中心和0.7視場都能達到1000TVLine以上，才稱之為高清鏡頭。

【3S Market特別說明】根據3S Market 於近日採訪耐視康總經理李應麃，及該公司技術長Chen表示，高清鏡頭測試最專業與最客觀的測試方式，乃是採MTF特性圖(Modulation Transfer Function，調制轉換函數的簡稱)，是一種測試鏡頭反差對比度及銳利度的評估方法。

因為如果鏡頭結合了各種配件組成，將或多或少影響到鏡頭的測試值，所以目前台灣大多數攝影機製造廠商，大都透過貿易商對外採購Board Lens，其一絕大多數貿易商對監控鏡頭的專業度不一定完整，就算擁有專業度也不見得擁有足夠的檢測設備，所以經常驗收無法通過，或勉強接受的窘狀，這是目前台灣在監控攝影機品質的競爭力上，一個必須重視及改進的隱憂！

2010年起，高清鏡頭保持平均每年10%以上增長速度，目前中國CCTV高清鏡頭市場主要品牌有海康威視、鳳凰光學、福建福光、廈門力鼎等國產品牌，以及富士能、騰龍、computar、賓得等日系品牌。由於中國光學技術迅速進步和安防鏡頭的國產化趨勢，中國國產品牌逐漸取代日系品牌，開始佔據更多的市場佔有率。

　　圖1 中國製高清鏡頭

二、四大核心技術

鏡頭本身是高精密光學器件，高清鏡頭尤其如此。高清鏡頭之所以具備較佳的高清性能，離不開其採用的關鍵技術：

1. 超精密模造非球面技術

傳統的球面技術發展到今天，其設計技術和製造製程都已相當成熟，在光學行業的幾乎所有領域都有廣泛的應用。然而在設計複雜高清鏡頭時，球面技術的成像效果無法達到最佳。非球面技術可以校正球面像差，大幅度提高鏡頭的成像品質。非球面鏡片形狀是通過精確計算並由精密機器模造而成，一片非球面鏡片，就能實現多個球面鏡片校正像差的效果。採用超精密模造非球面鏡片的鏡頭，可以有效地減小鏡頭體積的同時，使得鏡頭的成像更清晰，透光度更好，色彩還原更加準確。

　　圖2 非球面技術

2. 多層寬頻增透鍍膜技術

多層寬頻增透鍍膜技術，能最大程度地提高鏡頭的光線透過率，降低光線在每個光學鏡片表面的殘餘反射。該技術可以將玻璃和空氣介面的可見光反射率抑制到0.5%以內，同時將近紅外光的反射率降至約1%，如圖3所示。通過高品質的鍍膜，減少了圖像上不必要的雜散光和鬼像，有效提高畫面的通透性，亦保證了可靠的高清效果。

　　圖3 普通單層增透鍍膜和多層寬頻增透鍍膜對比

3. 超低色散材料技術

普通監控鏡頭，在設計上也會考慮校正不同波長光線(紅、綠、藍)的像差，但通常是將兩頭的紅、藍兩種色光的聚焦同一位置上，但和中間的綠光焦點仍然不重合，即存在二級光譜的像差，限制鏡頭成像品質進一步提升。為了校正二級光譜，如海康威視監控高清系列鏡頭，廣泛使用了超低色散的光學玻璃材料，利用其不同於常規光學玻璃的色散特性，可以將紅、綠、藍等色光聚焦到同一個平面上，如圖4所示，鏡頭高清性能更優。

　　圖4 超低色散玻璃校正二級光譜

4. 精密變焦凸輪設計技術

對於高清變焦鏡頭而言，其成像品質在很大程度上取決於變焦凸輪的精度。通過凸輪的旋轉，帶動變焦和聚焦組鏡片前後移動，從而實現焦距的連續變化和聚焦點的調節。如果凸輪的精度不佳，則在變焦和聚焦的過程中，不可避免的會出現透鏡光軸的偏移或者傾斜，導致成像品質的嚴重下降。

　　圖5高清鏡頭使用的變焦凸輪

三、發展趨勢

最近兩年，隨著高清攝影機在安防監控領域的應用不斷擴大，帶動高清監控鏡頭技術也緊跟著攝影機的步伐，不斷升級，出現了4K超高清、超大光圈等新技術。

1. 4K超高清技術

目前很多安防廠家紛紛展出了4K超高清攝影機。4K超高清技術出現之前，主流高清監控鏡頭像素為六百萬以內。4K超高清技術的出現，對鏡頭的解像力提出了更高的要求，4K鏡頭的設計、製造難度都會增大許多，即使日系鏡頭廠商，目前也只有寥寥幾家推出了4K鏡頭。目前已有中國廠商於2014年10月發佈了一款大靶面(1/1.7英寸)4K超高清鏡頭，這款鏡頭支援1200萬像素，能提供超高清的圖像細節的同時，具備165度超廣視角，很適合於廣場、道路等場景的監控需求。

　　圖6 4K超高清鏡頭拍攝效果

2. 超大光圈技術

隨著安防監控日趨高清化、網路化、智慧化，攝影機的應用範圍也越來越廣泛，很多監控條件差、光線昏暗的地方也要求安裝功能多樣的攝影機，尤其是低照度高清攝影機，以滿足全天候24小時監控的需求。對於夜晚等低照度環境，如果攝影機採集光線不夠，會造成畫面很暗的情況，影響清晰度。攝影機低照度性能的提升，超大光圈鏡頭是關鍵技術之一。某中國廠商於2014年11月發佈一款恒定超大光圈變焦鏡頭!

　　圖7 海康威視HV0733D-6MP鏡頭

這款鏡頭僅從參數來看，就足夠震撼，至少是目前日系品牌鏡頭也找不到的。首先這款鏡頭採用超大光圈技術，光圈F數達到0.95，與光圈 F1.5的普通鏡頭相比，在相同焦距下拍攝低照度場景，這款鏡頭的圖像亮度要高很多。同時此款鏡頭採用恒定光圈技術，在全焦段任意焦距下使用時，鏡頭的最大光圈值都是0.95。在夜間等較暗的環境下，恒定超大光圈技術讓監控畫面更亮，從而保證了夜間監控的高清化。