关于镜头焦距与监控距离相关问题的研究

　　镜头质量的好坏以及镜头与摄像器件是否配置合理，都将影响成像的质量。

　　实际的摄像机镜头都是由许多单元透镜组合而成的。最基本的两种透镜就是凸透镜和凹透镜。凸透镜的作用是“聚光成像”，它可以使入射的平行光束，经折射后会聚在一起，即在折射面的另一侧形成一个焦点F，通常称为实焦点。凹透镜的作用是“散光不成像”，即平行光束通过凹透镜之后折射的光线是发散的，但其光线延长线交于入射光一侧，在主光轴上形成一个焦点，称为虚焦点。

　　需要指出的是，透镜成像总是存在着“像差”、“色差”以及几何失真，这是因为：第一，透镜表面上各点的曲率半径很难做到完全一致，导致聚焦不好，产生“像差”;第二，透镜表面对不同波长光的折射率也有所差异，导致“色差”;第三，物体离光轴的距离不同时，透镜对它的放大率是不一样的，这样垂直于光轴的物体各处的放大率随与光轴的距离不同而不同，因而造成了几何畸变(如桶形失真和枕形失真等)。

　　为了消除像差、色差和几何畸变，在实际镜头中，总是把凸透镜和凹透镜适当的组合在一起。由于正负透镜的作用刚好相反，所以可以提高镜头性能，改善成像质量。

　　视频摄像机的镜头一般可视为等效于象凸透镜这样的汇聚透镜，因此成像原理也遵循凸透镜成像的规律，只不过镜头的焦距f是各个透镜焦距的合成焦距，如下图所示。

　　图 凸透镜成像原理

　　根据光学原理，可以得到凸透镜成像的一般公式：

　　其中，S为物距，S’为像距，f为焦距。对于视频摄像来讲，在实际应用中，往往物距远大于像距(即S>>S’)，所以可以近似地认为f≈S’，也就是说，视频摄像的像平面与焦平面近乎重合。设物高为h，像高为h’，则镜头的线放大率m计算如下：

　　因此，像高h’计算如下：

　　从上式中可以看到，景物在摄像器件上成像的大小，与物距、焦距和景物的大小有关。当焦距f固定时，物距越小，成像尺寸越大。当景物和摄像机的相对位置固定时，即式中h、S不变时，通过调整焦距f，也同样可以改变成像的大小。成像的大小与焦距f成正比，即f越大，成像也就越大。