谈谈日产CCTV镜头在中国安防的应用...

说起镜头，德国的老大地位一百多年来仍无人可以取而代之。众多知名的单反相机、数码相机生产商无不与德国的镜头结盟，以谋取更大的市场效益。如原本是光学外行的Sony摇身变成消费级DC业界的老大，很大程度上归功于与Zeiss镜头的合作。但近半个世纪以来，日本自身的光学水平却发展非常迅速，其镜头在很多领域已从德国手中抢下不少市场份额；某些德国镜头无暇顾及的行业，早已为日本镜头垄断多时，CCTV行业即是如此。有人做过统计，在全球CCTV市场，日本镜头占有率曾一度高达90%以上。目前世界范围内的CCTV知名镜头品牌，如Computar、Tamron、Tokina等，一向都有着全球化的CCTV正规市场战略；近年来，也纷纷高举旗帜进入国内安防市场。虽然近年来国产镜头生产商成长比较迅速，逐渐开始打破了日本CCTV镜头独领风骚的局面；但不得不承认，日本镜头品牌依然掌握着大多数的高端应用项目，国产镜头目前采取的基本上仍然是低价策略，在一些高端的应用领域仍无法与日本镜头抗衡。本文将从技术角度来与大家一起探讨日本CCTV镜头的一些新技术在中国安防网络市场的应用现状及未来的趋势。

一、非球面技术远非如此神秘

Tamron在进军中国安防市场时，反复提到的就是非球面技术。但非球面镜片在民用光学领域被广泛应用却早已是尽人皆知的事，世界上第一支使用非球面镜的镜头是卡尔蔡司制造的，时间是1901年，但非球面镜大规模进入民用光学领域还是在日系厂商开发出低成本制造技术之后的事情了。上世纪六、七十年代，Tokina、Fujinon等老牌光学厂商就已经掌握非球面镜片的研磨加工技术，并且在民用照材领域得到广泛的应用。目前，日本主流的监控镜头生产商基本上都具备了非球面镜片的生产加工实力。

首先让我们来弄清楚球面镜的概念。一般镜头中所用的镜片，都可以看作是球体的一部分，它的表面曲率是固定的，在由光轴上同一物点发出的光线，通过镜头后，在像场空间上不同的点会聚，从而发生了结像位置的移动，这就是球面像差。对于全部采用球面镜片的镜头而言，这是一种无可避免的像差。它的产生是由于离轴距离不同的光线在镜片表面形成的入射角不同而造成的。当平行的光线由镜面边缘（远轴光线）通过时，它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过的光线（近轴光线），它的焦点位置则比较远离镜片。这种沿着光轴的焦点间错开的量，称为纵向球面像差。由于这种像差的缘故，就会在通过镜头中心部分的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边缘部分的光线所产生的光斑，使人感到所形成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑的半径称为横向球面像差。非球面镜就是为了校正球面像差而开发出来的，功能就是通过修改镜片表面的曲率，让近轴光线与远轴光线所形成的焦点位置重合。

制造非球面镜片的方法主要有三种：

第一种是研磨非球面镜片。就是直接用光学玻璃毛坯研磨出所需要的形状的非球面镜片，工艺难度很大，成本也十分高昂，最早的非球面镜片几乎都是这样制作的。很早就将非球面推向安防市场的生产商如Tamron、Tokina、Fujinon等，早期的非球面镜头用的都是此种非球面镜片，也导致非球面的镜头价格一直居高不下。

第二种是模压非球面镜片。采用金属铸模技术将融化的光学玻璃或光学树脂直接压制而成，这种制造工艺成本相对较低，而且现在大部分模压非球面镜的材质都是光学树脂，玻璃的极为少见，因为光学玻璃是比较不适合用铸模工艺来生产产品的材料，铸模工艺会导致玻璃中的气泡很难排除，良品率会相当低下。碍于安防行业使用场合的特殊性，特别是考虑到恶劣的温差条件，一直以来光学树脂镜片还只是在民用光学领域使用，在安防行业是根本无法采用的。全球最大的光学玻璃提供商之一，日本Hoya集团一直以来致力于为Canon、Nikon、Pentax、KM-Sony、Olympus、Zeiss、Tokina等相机及镜头大厂提供玻璃原材料及镜片，在全球的眼镜片、高级树脂镜片领域都有极高的市场份额。为了提高玻璃在模压非球面镜片时的合格率，利用其全新的完全不含对环境有害的铅和三氧化二砷的环保玻璃，与其集团内部成员Tokina合作开发了由光学玻璃压制成型的超精密的非球面透镜，广泛的应用于后者的光学产品中，以最大限度地降低成本。Tokina近期推出市场的TVR0398DCIR，采用的就是这种非球面镜片，因此可以做到超高性价比。

第三种是复合非球面镜片。在研磨成球面的玻璃镜片表面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两种工艺之间，是中高档镜头所用的非球面镜的主要制作方法。因采用了光学树脂，此种方式仍不适合在安防行业使用。

通常的非球面镜片是一面为非球面，另外一面是球面。近年来出现了双面非球面镜片，采用这样的镜片，可以使镜头的镜片数减少许多，可以较小的体积得到更大倍率的变焦镜头。

二、红外技术将是08年监控的主流

光作为一种带有能量的电磁波，具有波的特性，肉眼可见的波长范围是350nm-700nm，称之为可见光；波长为700nm以上的光称之为红外光，红外光是肉眼不可见的，但摄像机的图像传感器却可以感知并成像。作为一个基本物理现象，不同波长的光线通过镜头之后，因折射率不同，聚焦面的位置不同，普通镜头只能让可见光汇聚于一个聚焦面，但对波长更长的红外光无法与可见光汇聚于同一个面。所以在镜头将可见光的焦面汇聚于图像传感器的靶面时，红外光线所成的焦面与可见光的焦面不在一个面上，由于色差及聚焦面的偏移，就会导致成像画面模糊。所以普通的摄像机一般会有红外滤光镜（IRcutfilter）将红外光滤掉，以保证可见光成像清晰。但在光线微弱的场景，如夜晚，可见光不足以支持图像传感器成像的场合，红外光部分的能量比例相应增大，已变成能够帮助成像的光，这时就要将摄像机的红外滤光镜移开，让尽可能多的红外光进来。这种可以将红外滤光镜ON或者OFF的摄像机，即通常所说的日夜型彩转黑摄像机，在与普通的镜头配合时，虽然也可以让红外光通过，但却无法解决焦面偏移的问题，画面依然会出现模糊。红外镜头（亦称红外矫正镜头），采用了特殊的ED玻璃材料，可见光与红外光通过时，汇聚的焦面可以聚合成一个面，这样就保证了24小时复杂光源条件下的成像依然清晰锐利。除了玻璃材料上的因素，采用宽域的镀膜，大幅度增加近红外光的透过率，使红外场景监控的效果锐利鲜明。

考虑到成本及红外灯照射距离的局限性，红外镜头之前并没有被大规模地应用。但随着国家“和谐社会”的深入开展，各地平安城市及全球眼项目如火如荼的进行，用户对24小时全天候监控提出了更加迫切的要求；目前行业中LED红外灯、激光红外夜视等技术也逐渐成熟，能带来24小时全天候安全监控的日夜型摄像机得到广泛应用，与之配套的红外镜头逐渐成为市场的宠儿。在保证监控条件的同时，控制好预算及成本，成为广大用户及工程商最为关注的话题。

三、镜头自动聚焦技术，科技让监控变得更简单

自动聚焦已非一体机的专利，镜头本身可以自动聚焦。自动聚焦技术实现的过程就是在摄像机上的视频信号输出端，由一个两通接出来两路视频信号，一路反馈给自动聚焦镜头，镜头会自动判断主物面的位置，并根据其在摄像机图像传感器上的聚焦情况自动调整镜头的聚焦马达，改变聚焦后的视频信号又反馈给镜头，这样往复三次，基本上可以聚焦清晰；然后这时的视频信号反映到监视器上，即可成清晰的像。当然，这些调整前、调整过程及调整后的信号在监视器上也都有反映。其中难度比较大的有两大技术难点，第一就是在复杂场景下镜头如何判断主要的监控对象并聚焦清晰，第二点是远距离场景下如何实现清晰聚焦。这些难题成了限制了绝大多数的镜头厂商开发自动聚焦镜头的瓶颈，目前可以提供自动聚焦镜头的生产商还只有Tokina。与一体机相比，一体机大多由1/4”英寸的图像传感器作为成像元件，而自动聚焦镜头适配的都是1/3”或者1/2”英寸的图像传感器。小尺寸的图像传感器注定了其镜头的特征是在于广角而不是在于长焦，以目前市场上流行的22倍一体机为例，使用过的客户都有感觉，这个22倍的镜头广角很厉害，但是长焦并不能看很远，在动态范围、照度、清晰度、稳定性等很多方面都无法与枪机配自动聚焦镜头相比。大变倍的自动聚焦镜头，在实际使用中会更快捷、方便，解决了普通一体机监控范围不远的问题，最远监控距离超过1公里。

四、崭露头角的百万像素镜头

自去年以来，Tamron推出了百万像素的镜头，而Tokina、Fujinon则相继推出数款三百万像素的监控镜头。一时之间，仿佛中国的安防监控已经进入了百万像素的高清时代。这里要说明一下，百万像素镜头并非是说镜头自身具有一百万的像素，镜头本身是没有多少像素说法的，但镜头对应的图像传感器（CCD或CMOS）却有像素数目多少的分别。百万像素的镜头在配合百万像素的图像传感器（CCD或COMS）时，才可以最大限度的发挥其高解像力。目前市场上主流的摄像机有效像素数仍只有40-50万，在摄像机品牌里还很少有对应百万像素的产品，跟百万像素的镜头匹配起来可选性仍不多；而且价格仍是目前限制百万像素镜头兴起的最大障碍。可以说，最近1-2年时间内百万像素还不会成为市场的主流。

以上简单介绍了中国安防网络市场上日本监控镜头所称道的一些技术，这些技术其实并非像它们看起来的那样高深，国内的镜头厂商如果可以撇开只求短、平、快的纯商业运作的浮躁心态，潜心搞研发，在国际监控镜头市场上大放异彩的必将是MadeinChina。