镜头选择的关键考虑

视频监控系统镜头选择的重要考虑

这是一个镜头选择错误和正确的故事。通常情况下，镜头的选择似乎没有得到太多的关注，最坏的情况是事后才想到。即使当它被仔细考虑时，它也并不总是被完全理解。在设计视频监控系统时，尽职调查对于避免代价高昂的错误非常重要。

下面的两个案例研究将用来说明一些最重要的考虑因素在镜头选择。这两个案例都来自公立学校部门。两所学校都有明确的目标，都在安装前对选定的镜片进行研究、评估和测试。然而，一个项目失败了，而另一个却成功了。那这个失败的案子到底出了什么问题?是什么使申请成功?我们会深入调查细节的。

案例研究1 -新泽西高中

学校称他们的问题是安全问题。他们有不可接受的攻击性学生身体行为，他们不想升级为暴力，以及有限的盗窃。他们认为改进后的视频监控系统将有助于威慑和事后反应。他们现有的视频监控系统是由他们认为“高分辨率”的模拟摄像机组成的，但没有高到足以使用广角镜头的分辨率，他们认为这将有效地满足他们的覆盖需求。他们没有或不希望有云台摄像机，因为他们的工作人员有限，没有足够的时间来控制和监测这类设备。他们确定的目标包括在入口和出口进行法医质量鉴定，在停车场进行人员识别，以及在一个异常形状的六边形中央走廊进行法医质量鉴定。

学校保安人员进行了广泛的网上搜索，以满足他们的需求。他们认为升级到百万像素的相机可以提供更高的图像分辨率，同时还可以使用广角镜头覆盖更广的区域。他们寻找百万像素的相机，并对众多相机品牌、型号和功能进行了比较。他们发现并不是所有的百万像素相机都能满足他们的需求。

此外，他们还研究了广角镜头，希望能覆盖他们广阔的区域;他们向当地的整合者寻求建议。他们评估了4家镜头制造商的镜头样品。他们发现，他们测试的大多数广角镜头都表现出严重的鱼眼效应。令他们惊讶的是，他们发现一些测试的镜头产生了模糊，或“模糊的图像”，即使使用500万像素的相机。

在研究和评估之后，他们选择了200 - 800万像素，360度多传感器摄像机，一个用于餐厅，一个用于计算机实验室。他们还选择了3400万- 500万像素的相机，其中11个是室外圆顶，6个是室内圆顶，另外17个是5英寸室内圆顶。

他们选择了18 - 25度水平视场镜头和8 - 90度镜头。此外,他们选择12 - 135度水平的视野,低鱼眼畸变镜头从忒伊亚技术- 6盖六角走廊,2的停车场和一个开放的领域,1覆盖前面的条目,2覆盖建筑翅膀的角落,一个覆盖2临时建筑。

当项目预算低于30%时，他们达到了预期的结果，他们能够在指定的位置使用选定的设备，实现他们认为的高分辨率，具有良好的图像流动性和快速响应时间。行政部门对此非常满意，并计划对该地区的其他学校也进行升级。

学校里独特的六边形走廊是一个挑战。根据项目经理Nick Steele, Salem市学区，新泽西州，“每个安装人员都说这个角度太过分了，希望我们把我们的相机翻倍，至少一半的角度。停车场也是一样。实际上，我们与一些供应商和安装人员发生了激烈的争论。我们做了计算，我们知道全新的(BrandX) 5mpx相机可以做到这一点，我们只需要找到一个镜头，可以证明他们都错了。

我们开始搜寻，唯一符合我们要求的是忒伊亚镜头。当他们看到这些照片时，目瞪口呆;我们不仅获得了我们需要的大量广角，而且没有了大家都说不可避免的鱼眼，510万像素图像中的每一个点都得到了充分利用，而且没有扭曲。

500万像素的摄像头和500万像素的Theia镜头的组合提供了他们期望的分辨率，“你可以知道是否有人拿着一支铅笔。”

案例研究2 -南加州高中

与新泽西高中的问题类似，学生和教职员工的安全是这所学校管理部门最关心的问题。他们现有的视频监控系统由170个模拟摄像头组成。该系统无法提供足够的广角镜头分辨率和法律上可接受的个人描述。它们还受到系统可靠性差的影响，经常出现故障，而且故障时间长。此外，该系统的维护和监控非常复杂和昂贵。

正如预期的那样，政府的目标是实现比现有模拟系统更大的空间覆盖，提高图像清晰度，增加系统正常运行时间，以及更易于管理的系统规模。有了新系统，他们希望能够放大，获得60到70英尺外合法的个人描述，而且覆盖范围广且持续;他们也不想要任何云台摄像机。

他们的方法有点不同。学区聘请了一位顾问来设计一个系统来满足他们的需要。咨询师与学校见面，了解他们的需求，选择设备，征求制造商的意见，并进行测试。

顾问详细说明了该系统，将摄像头数量从170个模拟摄像头减少到4300万像素，43个广角、低失真、500万像素镜头，也是来自Theia科技公司。

结果:相机和镜头被购买、安装，不久镜头被归还。到底是哪里出了错?

到底是哪里出了错?进入CSI效应。

尽管百万像素相机和百万像素镜头的结合具有强大的功能，但像《犯罪现场调查》(CSI)这样的热门电视剧忽视了技术的物理局限性，从而产生了不切实际的期望。有一种不可否认的诱惑让人相信，有了百万像素的相机和百万像素的镜头，一切皆有可能。

图像分辨率与视场

一个重要但经常被忽视的考虑是图像分辨率和视场之间的权衡。对于任何给定的相机和镜头的组合，来自相机的原生分辨率会分散到镜头的整个视场，影响像素密度和图像分辨率。分辨率越宽，像素密度越低。下面的图片，用相同的相机从相同的距离拍摄，说明了这种权衡。最宽的视场允许你覆盖最宽的区域，但不允许你看到高细节，而最窄的视场允许捕获高细节，但以广域覆盖为代价。

一刀切不适合所有人

在系统设计中另一个重要的考虑是裁剪，理解特定的需求，并使用正确的设备来满足这些需求。在故事的前面，你可能已经注意到，加州和新泽西的学校都认识到在不同的地方需要不同的分辨率。然而，为加州新学校系统选择的设备反映了一种“一刀切的方法”。这是系统设计的一个主要错误，导致了镜片的返回。安装后发现，学校管理部门不仅希望能覆盖宽阔的停车场，还希望能放大看到车牌，并在远处识别人脸。在这种情况下，镜头的组合，一个广角镜头用于覆盖，一个窄镜头用于覆盖高细节的入口和出口点，可以组合使用来完成这两项任务。

就研究和测试而言，更有针对性的设备选择方法可能需要更长的时间，也可能意味着失去通过大量购买设备获得的批量折扣。但是，这样就省去了安装时的烦恼、时间、费用、停机时间和安全风险，可以把不正确的设备拆下来，重新安装正确的设备。

使用可用的工具

有许多有用的工具可以帮助支持系统设计和正确的设备选择。其中之一是Theia自己的免费图像分辨率和镜头计算器，允许您输入一些重要的应用程序和潜在设备的细节，然后快速计算图像分辨率的假设。你输入相机分辨率和传感器大小你打算使用,镜头的视野你相信你所需要的,然后输入你的关键项目变量——要么你认为你需要多少分辨率的像素密度,或你需要多少覆盖距离(英尺和米),或有多远的相机是主题。然后该工具为您计算其余的变量。

例如，你表示你计划使用一个500万像素，1/ 2.5英寸传感器相机和一个3mm镜头，你将离你的拍摄对象50英尺。该工具将计算你的像素密度，在这里是27像素/英尺和覆盖宽度，这里是97英尺宽。然后，该工具提供一个图像，表示所选变量的图像分辨率级别，允许您快速查看是否有足够的分辨率来满足应用程序的需要。

我需要一个百万像素的镜头吗?

在测试中，这所新泽西高中确定，使用标准分辨率镜头和500万像素的摄像头会产生模糊的图像。通常情况下，如果你想充分利用一个百万像素相机所提供的所有像素，就需要一个分辨率匹配的高质量镜头，否则花在高分辨率相机上的钱就浪费了。

当使用百万像素相机时，使用的镜头焦平面的光斑大小必须与相机的像素大小相当或更小，否则光线会从像素上落下来，导致图像模糊。光斑大小是透镜聚焦光线的区域，如下图所示。

一个百万像素的镜头需要更多的元素，更复杂的形状和更高的精度的元素，如非球面，使它们更难制造和更昂贵的购买。

在百万像素相机中，像素大小和所需的镜头光斑大小取决于传感器的大小和它包含的像素数量。你可以有两个不同的摄像头，都是130万像素，但如果传感器大小不一样，像素大小也会不同。下图说明了这一点。

在选择镜头时，重要的是要选择一个设计用于相同或更小的传感器尺寸，并指定匹配或高于相机的百万像素额定值。

除此之外，并不是所有的百万像素级镜头都是一样的，选择百万像素镜头的任务是复杂的。有关这方面的更详细信息，请参阅链接中的白皮书。我为什么需要一个百万像素的镜头?

我需要昼/夜镜头吗?

在这两个学校案例研究中，使用了忒亚的SY125镜头。SY125镜头不是昼/夜或红外校正。镜头选择正确吗?答案是，视情况而定。

昼/夜或红外校正镜头保持焦点时，来自红外(IR)光谱的光存在。通常镜头是在可见光谱范围内设计和聚焦的。如果它们不是红外校正的，当来自红外光谱的光被引入时，就会有焦点偏移，或离焦导致图像模糊。

太阳光、路灯(日光灯除外)和用于不可见照明的IR LED照明器都是红外线光源。当在自然发生的红外光下使用镜头时，当用照明器人工引入红外光时，当使用去除红外光遮挡的昼/夜相机时，或在夜间使用允许红外光照射传感器的红外切断滤镜时，需要一个校正的红外或昼/夜镜头。

红外校正透镜是专门设计的，可以将可见光谱光和红外光谱光聚焦到同一个焦平面上。这就需要更复杂的镜头设计，通常需要更多的镜头元素，更复杂的形状元素，如非球面，以及特殊的涂层。

有关昼/夜镜头的更多详细信息，请参阅链接“昼/夜揭秘:理解昼/夜相机和镜头”的白皮书。

f#呢?

镜头F/#决定通过镜头的光量，表示为1:18或F1.8或F/1.8，指的是镜头焦距除以瞳孔直径。F/#越小，收集光线的能力越强，所以在光线较暗的情况下，F/#越低越好。对于安全应用，寻找F/# 2.0或更低的镜头。

元件的数量和玻璃涂层也会影响光的透射，这就需要更复杂的透镜设计和更昂贵的透镜来实现所需的F/#和聚光能力。

不能代替家庭作业

与这些2例说明,不仅研究了系统的关键设备,它的特点和优点,但同样重要的是要理解应用程序的需要,记住这些会因地点不同而有很大差异,甚至是冲突,需要权衡来满足这些需求。

在了解应用和系统的需求和目标后，研究每个位置的设备，然后使用工具来计算所选的设备是否会起到你认为它应该起到的作用。一旦完成，通过在实际应用中评估产品来验证设备是否真的工作。

就像大多数事情一样，从长远来看，提前投入时间可以节省时间和金钱。总之,

• 详细定义您对每个位置/应用程序的需求
• 记住一开始的镜头
• 理解“需要”和“想要”，并确定两者之间的取舍
• 不要因为你有能力就过度设计(CSI效应)
• 咨询专家-顾问，制造商，集成商
• 不要忽视内部的第一手经验
• 研究和使用可用的工具(计算器，设计工具)
• 尽可能在实际情况下测试技术方案
• 记住预算，但不要因小失大
• 投资时间，节约金钱!