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P-iris:新的镜头光圈控制方式

— 创建于 ,最后更新于2018年07月02日 ;
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之前在《监控镜头相关知识》一文中有简单介绍过P-iris这种光圈控制类型,当时限于资料有限,同时自己也没有实际测试过这种带这种光圈的镜头,所以没有详细展开。今天在自己的资料中意外找到之前收集的安讯士介绍P-iris光圈的白皮书,里面关于P-iris镜头的介绍很详细,原文是英文的,这里翻译成中文,同大家分享下。

一. 概述


固定网络摄像机拥有越来越高的图像分辨率,但高的图像分辨率并不总是意味着有更好图像质量。如何在户外光线强烈的环境里,保证图像清晰度,有好的图像效果,已经证明是具有挑战性的。现有可供选择的镜头不能很好的解决这个问题,需要更好的解决方案。

Axis和日本兴和株式会社(Kowa)联合开发了一种新的,革命性的精准光圈控制技术--P-iris。

P-iris光圈控制技术不仅有利于百万像素相机,而且有利于固定网络摄像机。在所有强光条件下,能使图像具有更好的对比度、清晰度和分辨率以及景深。简言之,P-iris提高了图像清晰度和提升了网络的图像可用性(对于需要对图像进行二次开发客户)。

二. 光圈的作用


P-iris光圈控制技术是由瑞士网络摄像机厂家安讯士和日本镜头厂家Kowa联合开发出来的。

整个系统由P-iris镜头和摄像机的对应的镜头控制软件组成。该软件能驱动P-iris镜头里的马达,从而能够自动精确地控制镜头光圈开合的大小。

镜头的光圈调节透镜孔径开口的大小和通过的光量,这样图像能够正确曝光。如果没有光圈,在一个非常明亮的环境,图像会变得太亮。而如果镜头光圈开口不够大,让更多的光进来,图像又会变得很暗。

镜头光圈开启的大小会影响图像的锐度和景深。景深是指在聚焦点的前后的一段距离,这段距离里所有目标物体同时都是清晰锐利的。光圈越小,景深越大 ;光圈越大,景深越小。拥有合适的景深在监控应有里很重要,它能使监控场景尽可能的清晰可见,特别是在一些狭长的场景以及停车场监控场景,特别有用。图像清晰度通常随着较小的光圈开口而改善,因为光学误差常常可以被减小。当光圈全部打开时,所有镜头都会产生像差

拥有好的景深,能够使监控常见里的画面尽可能的看的清晰。

拥有好的景深,能够使监控场景里的画面尽可能的看的清晰。

虽然较小的光圈开口通常意味着更锐利的图像,但是光圈开口太小可能会由于光学效应而使图像模糊,称为衍射。这个问题在明亮的室外监控环境中常看到,当摄像机的光圈关闭太多,光会被衍射或扩散到许多像素。每个像素在图像传感器上越小,衍射光的影响越大,衍射光对更多像素的影响也越大。这通常发生在使用DC自动光圈镜头的摄像机中,尤其是具更多像素的百万像素传感器。(虽然百万像素传感器具有比标准VGA 640x480图像传感器更多的像素,但是在百万像素传感器上的每个像素的尺寸通常小于VGA图像传感器上的每个像素。)

光圈越小,景深越大。但是光圈太小,会使图像模糊(因为衍射)。

光圈越小,景深越大。但是光圈太小,会使图像模糊(因为衍射)。

三. 现有光圈控制方式


在P-iris光圈控制方式发明之前,视频监控摄像机常用的镜头光圈都是固定好了的,通常只有手动和自动两种光圈控制方式。固定的光圈镜头不能自动控制调节光圈大小。手动光圈需要靠手去控制调节光圈大小。而主动光圈,不论是DC光圈还是视频驱动光圈,都必须依靠光线的变化来自动控制光圈。

在室内应用场景里,因为光线基本是稳定的,所以固定或者手动光圈镜头基本是合适的,因为光圈不需要经常调节。

而在室外,因为光线强烈而且经常变化,所以要使用能自动调节光圈大小的镜头。通常使用DC光圈镜头。DC光圈镜仅响应光线水平,并且不考虑光圈开口大小对其他图像质量(如景深)的影响。使用DC光圈镜头,摄像机只知道光圈是否响应光照的水平而打开或关闭;它不能提供摄像机关于光圈位置的信息。没有这些信息,摄像机不能有效地引导光圈开口来优化图像质量。这是一个缺点,所以设计了P-iris光圈控制方式来克服。

四. P-iris光圈是如何工作的


P-iris是一种新的光圈控制方式,能做到自动同时精确控制光圈。不同于DC光圈,P-iris光圈的主要任务不是持续的根据光线变化来调节光圈。P-iris的主要目的是通过设置最佳的光圈位置来改善图像质量,以便大部分时间能使用镜头的中心和最佳执行部分。这个位置,表示为特定的F数,是镜头最佳运行的地方,其中许多光学误差减小,并且图像质量(比如对比度、分辨率和景深)处于最佳状态。这是一个带有P-iris光圈镜头的网络摄像机的默认设置。

使用镜头不同部分对图像的影响

使用镜头不同部分对图像的影响

P-iris光圈控制方式是利用电子手段增益(放大信号电平)和曝光时间来管理光线条件的轻微变化,并进一步优化图像。这能尽可能长地保持光圈的最佳位置。在选择的光圈位置和摄像机的电子处理能力不能适当地校正曝光的情况下,P-iris光圈摄像机将自动指示光圈移动到不同的位置。例如,在黑暗条件下,光圈将完全打开。在明亮的情况下,具有P-iris光圈的摄像机将被控制,以限制光圈闭合到避免衍射或模糊的位置,如前面所解释的。因此,在所有光照条件下,P-iris可以自动作出调整,以提供最佳的图像质量。

P-iris提供的良好的景深

P-iris提供的良好的景深

P-iris提供的锐利的对比度

P-iris提供的锐利的对比度

五. 重新定义视频质量


P-iris是一个创新的解决方案,允许网络摄像机,特别是百万像素或高清晰度的网络摄像机在所有光照条件下达到最佳效果。它能够传送具有良好景深的清晰、高分辨率的图像。它还可以避免在明亮的情况下的衍射。此外,它完全自动,这是室外视频监控应用最看重的。

虽然P-iris光圈控制技术最初仅在Axis网络摄像机中使用,但该技术有可能成为新的行业标准,因为Axis和Kowa已经决定将P-iris光圈控制技术推广到整个行业。

P-iris光圈控制技术是视频监控摄像机的革命性发展,是Axis承诺为监控行业提供卓越的视频质量和更大的图像可用性的证明。

原文


Wihite paper:P-Iris. New iris control improves image quality in megapixel and HDTV network cameras

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