光圈是什麼?(CCTV 鏡頭)
光圈(Aperture)是鏡頭內控制進光量的開口,以 F 值表示——F 值越小,開口越大,到達感光元件的光線越多。光圈同時影響夜間畫面亮度與景深範圍,是閉路電視鏡頭規格中最影響低光表現的一項。本頁講解 F 值的計算原理、光圈與景深的取捨,以及固定光圈與自動光圈在監控工程上的選型考慮。
光圈的定義:鏡頭的「進光閘門」
光學系統內限制光束通過的結構稱為「光闌」(Stop),其中決定系統接收光錐大小的一個,稱為光圈光闌(Aperture Stop)。日常所講的「光圈」,一般指這個開口的大小——它直接決定有多少光線可以穿過鏡頭到達感光元件,如同相機與攝影機的進光閘門。開口越大,同一時間內收集的光線越多,畫面越亮;開口越小,進光越少,畫面越暗。
在閉路電視攝影機上,光圈與快門速度及增益共同決定曝光:光線充足時三者互相配合維持正常亮度;到了夜間,光圈的集光能力便成為畫質分野的關鍵。這亦是為何規格表上的最大光圈值(例如 F1.6、F2.0)是低光監控選型的重要指標。
F 值是什麼?為什麼數字越小光圈越大
F 值(F-number)的定義是鏡頭焦距除以有效光圈直徑。由於是「焦距 ÷ 開口直徑」的比值,開口越大,F 值反而越小——所以 F1.4 是大光圈,F8 是小光圈。標準 F 值級數是以 2 的平方根(約 1.4)為公比的數列:
| F 值級數 | 光圈開口 | 進光量(相對 F1.4) | 典型場景 |
| F1 – F1.4 | 非常大 | 2 倍 – 1 倍 | 超低照度監控鏡頭 |
| F2 – F2.8 | 大 | 1/2 – 1/4 | 常見監控攝影機最大光圈範圍 |
| F4 – F5.6 | 中等 | 1/8 – 1/16 | 日光下自動光圈收細後的狀態 |
| F8 或以上 | 小 | 1/32 或更少 | 強光環境防過曝、追求最大景深 |
級數中相鄰兩級的開口直徑相差約 1.4 倍,面積相差一倍,因此進光量每級相差一倍——攝影上稱為「一級」(One Stop)。換言之,F1.4 鏡頭的進光量約為 F2 的兩倍、F2.8 的四倍;規格上看似細微的差距,夜間表現可以相差極遠。
光圈與景深:進光量與清晰範圍的取捨
光圈除了控制亮度,還決定景深(Depth of Field)——即畫面中由近至遠能夠保持清晰的距離範圍。光圈收細(F 值增大)時,到達成像面的光錐角度較小,物點成像的擴散減少,景深因此加深,遠近物體較容易同時清晰;光圈開大(F 值減小)則景深變淺,只有對焦點附近清晰。
大光圈(F 值小)
進光量多,夜間畫面亮、雜訊少,可維持較快快門減少拖影;代價是景深淺,離對焦距離較遠的物體可能模糊。適合低光環境優先保證亮度。
小光圈(F 值大)
景深深,由閘口到走廊盡頭都較易保持清晰,強光下亦可防止過曝;代價是進光少,低光環境需要提高增益,雜訊隨之增加。適合日光充足的場景。
監控場景一般希望整個監察範圍都清晰,因此日間光線充足時攝影機傾向收細光圈換取景深;入夜後則開大光圈優先集光。這個日夜之間的自動平衡,正是自動光圈機制的價值所在。
固定光圈與自動光圈:監控工程如何選
監控鏡頭按光圈可否調節,大致分為固定光圈與可調節(自動)光圈兩類。光線穩定的環境用固定光圈已經足夠;光線變化大的位置則應選用可自動調節的型號:
| 比較項目 | 固定光圈 | 自動光圈 |
| 光圈開口 | 出廠固定,不可調節 | 隨環境光度自動開大或收細 |
| 日夜光線變化 | 依賴快門與增益補償 | 日間收細防過曝,夜間開大保亮度 |
| 結構與成本 | 簡單、成本較低 | 較複雜、成本較高 |
| 適合環境 | 光線穩定的室內:走廊、機房、電梯 | 出入口、窗邊、室外等光線多變位置 |
實務上選型應以安裝位置的光線條件為準:向陽出入口若用固定光圈,日間容易過曝、逆光時人臉變成剪影;配合自動光圈及 WDR 寬動態 功能,才能兼顧明暗兩端的細節。