Одной из ключевых составляющих видеокамеры является объектив, который обладает большим количеством собственных характеристик, напрямую связанных с качеством получаемого изображения. Даже самая дорогая высококачественная камера может сильно разочаровать, если к ней неправильно подобрать объектив.
Объектив – это система линз, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент камеры. При прохождении через все линзы объектива часть света теряется. Вместе с ней теряется и четкость проходящей через объектив картинки. Этой особенностью обусловлено существование двух видов объективов.
Аналоговые – объективы, пропускающие изображение средней четкости, достаточной для установки на стандартных аналоговых камерах.
Мегапиксельные. В таких объективах линзы подбираются с высокой четкостью, чтобы размер пятна собираемых на матрице лучей был как можно меньше. Часто в таких объективах используют асферические линзы, обеспечивающие четкие линии не только в центре изображения, но и по его краям. Такие объективы характеризуются разрешением в мегапикселях и подбираются в соответствии с разрешением самой камеры.
Радует тот факт, что сегодня некоторые производители, не стремящиеся сэкономить на качестве компонентов камеры, ставят мегапиксельные объективы на аналоговые камеры, тем самым позволяя пользователям получить великолепную картинку.
Рассмотрим основные характеристики объективов, для чего они нужны и их влияние на изображение.
1. Разрешающая сила объектива
Это характеристика фотографического объектива, отображающая его свойства по передаче четкого изображения.
Разрешающая способность объектива оценивается по количеству воспроизводимых штрихов на 1 мм изображения, которое тот способен спроецировать на фоточувствительный элемент (пленку или матрицу цифровой камеры). Само собой разумеется, что при этом снимаемый объект находится в фокусе, а не в зоне резкого изображения для данного объектива.
Для подбора объектива для конкретной камеры удобнее использовать понятие разрешение объектива. Этим термином обозначают максимальное разрешение изображения, поступаемое с камеры, которое объектив может передать без ухудшения качества картинки. Если указано, что объектив подходит для камер 3 Мп, – это значит, что при установке на любую камеру с разрешением до 3 Мп включительно, объектив не будет ухудшать разрешение получаемой картинки. В противном случае будет получено изображение меньшего разрешения.
2. Соответствие размеру матрицы
Каждый объектив рассчитан для построения изображения определенного размера. Поэтому обязательным является подбор объектива под размер матрицы – если производителем указано, что объектив подходит для камер с матрицей 1/3”, то ставить его можно на камеры именно с таким размером матрицы или меньше (например, 1/4"). При установке его на камеру с матрицей 1/2.5" часть матрицы не будет перекрываться объективом и на изображении по краям будут видны черные области.
3. Фокусное расстояние или расстояние от оптического центра объектива до плоскости сенсора
В первую очередь нужно определиться, необходим объектив с фиксированным фокусным расстоянием или с переменным. Если для объектива с постоянным фокусным расстоянием все понятно: камера с таким объективом при выходе с завода обладает четкой сфокусированной картинкой. То для камер, укомплектованных объективом с переменным фокусным расстоянием, может потребоваться настройка фокуса – фокусировка.
Под фокусировкой подразумевается настраивание объектива на точное расстояние до объекта съемки. Настройка производится путем перемещения линз (или группы линз) внутри объектива.
При неизменных остальных параметрах камеры чем меньше фокусное расстояние, тем шире будет угол обзора, но меньше объекты на изображении. И, наоборот, при увеличении фокусного расстояния объекты на изображении будут больше и казаться ближе, но угол обзора будет более узким.
Фокусное расстояние и угол обзора
Объективы с изменяемым фокусным расстоянием имеют одну или несколько подвижных линз, меняя положение которых можно приблизить или отдалить объект по своему усмотрению. Чтобы узнать степень увеличения такого объектива, нужно разделить его максимальное фокусное расстояние на минимальное.
Для выполнения различных задач объективы с переменным фокусным расстоянием могут иметь механическую или моторизированную регулировку. Рассмотрим подробнее такие объективы.
Механическая регулировка осуществляется монтажником непосредственно на объекте и связана с определенными неудобствами – необходимо либо использование специального тестера с монитором, либо связи с напарником, отслеживающим верность настройки на мониторе. Существуют также камеры со звуковой индикацией настройки фокуса, но это скорее редкое исключение, нежели общепринятый стандарт.
К механическим относятся вариофокальные объективы – это объективы, регулируемые вручную. При настройке вариофокального объектива отдельно регулируются зум и фокус.
Более удобными являются моторизированные объективы, управляемые дистанционно и настраиваемые уже после монтажа. Регулировка линз таких объективов осуществляется при помощи микроприводов (с отдельной регулировкой зума и фокуса), которые управляются командами оператора. Моторизированные объективы оптимальны в случаях, когда имеется необходимость удаленной настройки камеры или при установке камеры на большой высоте, что связано с риском для жизни.
Моторизированный объектив, в свою очередь, может иметь автоматическую фокусировку, в таком случае он называется трансфокаторным. Фокусировка в трансфокаторе происходит автоматически при настройке зума камеры.
Группы линз трансфокаторного объектива взаимосвязанно перемещаются относительно друг друга таким образом, что при изменении масштаба изображение всегда находится в фокусе. Более совершенным считается трансфокатор, имеющий три мотора, которые управляют масштабированием, фокусировкой и диафрагмой. Но модели с меньшим количеством моторов (например, с двумя – для управления только масштабированием и фокусировкой) также могут выполнять широкий спектр задач.
Основная функция трансфокаторных объективов – не настройка камеры, а быстрое панорамирование, когда требуется мгновенное приближение при слежении за объектом. Как правило, такие объективы используются в поворотных камерах, способных менять свое направление и зум, тем самым осуществляя обзор больших территорий.
4. Диафрагма
Диафрагма объектива подбирается в зависимости от условий освещенности, так как этот параметр позволяет регулировать количество света, которое проходит через объектив и попадает на матрицу видеокамеры. Диафрагма уменьшает вероятность засветки изображения при интенсивном свете и потерю изображения при недостаточном освещении.
Разделяют объективы с ручной и автоматической диафрагмой.
Ручная диафрагма регулируется, соответственно, вручную на корпусе камеры или через меню камеры. Объективы с ручной диафрагмой используются в помещениях с постоянным освещением. Это может быть офис, учебное заведение или круглосуточно работающий супермаркет.
Автоматическая диафрагма управляется сигналом, который поступает с камеры при помощи специального моторчика, который крепится к объективу или при помощи встроенного в плату видеокамеры элемента управления. То есть камера самостоятельно обрабатывает сигнал, поступающий с матрицы, оценивает количество света и посылает на объектив команду, в соответствии с которой устанавливается необходимая степень открытости диафрагмы – тем самым объектив автоматически настраивается на изменяющиеся условия освещенности. Это позволяет получить одинаково хорошее изображение вне зависимости от уровня освещения. Такие объективы используются преимущественно при уличном наблюдении и в условиях меняющегося освещения на объекте.
5. Светосила
Данная характеристика показывает, какое количество света проходит через объектив и попадает на матрицу. При прохождении через линзы часть света теряется, так как каждая линза отражает часть попадающего на нее света. При увеличении фокусного расстояния объектива светосила его ухудшается.
Для снижения световых потерь на поверхность линз наносят тончайшие пленки или несколько слоев пленок один поверх другого. Это позволяет увеличить светопропускание и повысить контраст изображения за счет подавления бликов. Чем больше светосила объектива, тем больше света попадет на матрицу и тем лучше качество изображения при съемке в плохом освещении без использования подсветки. Соответственно, в меняющихся условиях освещенности весьма полезной становится автоматическая диафрагма, о которой сказано выше.
6. ИК-коррекция
Подбор линз в объективе осуществляется таким образом, чтобы после прохождения лучами света всех линз (с учетом углов преломления) лучи собирались в определенном месте. При работе в ночном режиме с ИК-подсветкой, имея другой угол преломления, луч инфракрасного света сдвигается в область ИК-диапазона, не собираясь в нужном месте, и точка фокуса смещается. Поэтому в ночное время можно наблюдать легкую расфокусировку. Эту проблему решает такая опция объектива, как ИК-коррекция, позволяющая получать четкую картинку как в дневное, так и в ночное время.
Смещение плоскости изображения при переходе в ИК-режим с использованием объектива без ИК-коррекции
В заключение следует отметить, что к подобру объектива следует подходить внимательно, учитывая множество факторов: задачи, поставленные перед видеонаблюдением, свойства камеры, особенность объекта, его освещенность и многое другое. Использование соответствующего объектива отличает по-настоящему качественное оборудование видеонаблюдения. И при необходимости получения четкой, ясной картинки высокого разрешения качественный и правильно подобранный объектив является обязательным условием.
Андрей МОНАЕНКОВ, технический директор компании NOVIcam
Источник:
http://www.tzmagazine.ru/jpage.php?uid1=1348&uid2=1474&uid3=1488