04.03.2008. Правильный выбор объектива

Некорректный выбор объектива может уничтожить все преимущества высококлассных ТВ камер. Поэтому к выбору типа объектива надо относиться очень внимательно. Собственно выбор объектива сводится к следующим этапам.

Выбор фокусного расстояния, которое определяет два взаимоисключающих параметра - масштаб изображения на экране и угол зрения. В первую очередь объектив должен обеспечивать такой масштаб, при котором решается поставленная задача, например, распознавание ростовой фигуры человека на дальнем конце сектора наблюдения или, к примеру, чтение номерного знака автомобиля. Известно, что для распознавания с вероятностью 0,99, изображение человеческой фигуры должно занимать не менее 10% высоты экрана. Об этом было написано в статье "Выбор объектива". Следовательно, размер картинной плоскости по вертикали должен быть в 10 раз больше роста человека, то есть около 18м. Для 1/3" ПЗС камеры: F [мм] = 0,2 L [м], т.е. необходимое фокусное расстояние в миллиметрах равно 0,2 от дальности в метрах. Что же касается угла зрения, то он определяется как: 2W = 2arctg b/2F, где b - размер преобразователя свет - сигнал по горизонтали.

Что же делать, если при выбранном масштабе не получается необходимый угол зрения? Во-первых, грамотно выбрать место расположения камеры и ракурс, во-вторых, использовать варифокальные объективы, чтобы точно подстроить минимально допустимый масштаб, увеличивая тем самым угол зрения, что особенно важно для внутренних камер, в-третьих, установить не одну, а две камеры. Стремиться к очень широким углам зрения бессмысленно - объективы с углом зрения в 90° и более имеют значительную бочкообразную дисторсию, и на краях поля зрения изображение сильно деформировано, так что ни о каком распознавании в этом случае можно и речи быть не может.

Выбор светосилы и способа управления диафрагмой. Эти параметры непосредственно связаны с условиями освещения сцены. Яркость изображения в плоскости преобразователя свет - сигнал, и, соответственно, величина светового потока, пропорциональны квадрату относительного отверстия. Следовательно, объектив с относительным отверстием 1:5,6 даёт в 16 раз более тёмную картинку, чем с относительным отверстием 1:1,4.

Для ТВ камер, работающих в условиях постоянного искусственного освещения, можно выбрать объектив с ручной регулировкой диафрагмы, но для камер внешних необходимы объективы с автоматической регулировкой диафрагмы. Этим обеспечивается значительное расширение диапазона освещённости, в котором камера даёт качественное изображение.

Какой способ управления автодиафрагмой лучше - прямой (DC) или по видеосигналу (Video)? В принципе, это одно и то же, но всё-таки во втором случае сбалансированы все связи в одном приборе, изготовленном на одном предприятии, к тому же, "умное" управление компенсацией фоновой засветки возможно только при применении объективов с прямым управлением (DC).

Особое внимание следует обратить на значение относительного отверстия, до которого закрывается диафрагма. Бывает до 1:300 и даже до 1:2000. Высокие значения (строго говоря, малые) минимального относительного отверстия обеспечивают больший динамический диапазон освещенностей, при которых отсутствует эффект засветки. Это особенно важно, если применяются высокочувствительные камеры. Столь малое значение относительного отверстия обеспечивается применением спот - фильтра (нейтральным оптическим фильтром в центральной зоне объектива), иначе дифракция на диафрагме размыла бы всё изображение.

Какие типы объективов используются в CCTV? Кроме объективов с постоянным фокусным расстоянием есть уже упоминавшиеся варифокальные объективы, а также трансфокаторы (ZOOM-объективы). Если в варифокальных объективах изменение фокусного расстояния в небольших пределах достигается перемещением одной или нескольких линз, чаще всего поворотом кольца вручную, то трансфокатор - это сложнейший оптический прибор, состоящий из телеобъектива, афокальной насадки и компенсатора, включающий в себя около полутора десятков линз и снабжённый сервоприводом. Коэффициент трансфокации (диапазон изменения фокусного расстояния) таких приборов достигает 20х и более. Для них особенно важна светосила при максимальных значениях фокусного расстояния, и лучшие модели имеют значение 1:2,8. Следует сразу заметить, что применять трансфокатор для решения задачи "И кто же это там приехал?", т.е. сначала посмотреть какая машина, а потом прочитать её номер - расточительство. Лучше уж сразу взять две камеры - одну с широкоугольным объективом, другую - с длиннофокусным объективом, это будет значительно дешевле.

Выбор формата объектива. Всем ясно, что размер проецируемого изображения объектива формата 1/3" меньше размера матрицы 1/2" и потому такое сочетание недопустимо, а вот как быть в случае, когда формат объектива больше? Вроде как используется центр изображения, там разрешение выше, да и по полю лучше... Все это так, да вот только не хотят производители зря деньги тратить. Для объектива формата 2/3" допустимый кружок рассеяния в два раза больше, чем для объектива формата 1/3". Так зачем в два раза ужесточать требования? Ведь на расчёт и изготовление объектива с высоким разрешением нужны высокие затраты. И не в два раза. Поэтому многие фирмы выпускают объективы без запаса по разрешающей способности. И только очень профессиональные фирмы - PENTAX PRECISION (торговая марка Pentax), Fujinon, Canon, и, конечно, Carl Zeiss - выпускают высококлассные объективы с очень высоким разрешением.

Отсюда с неизбежностью следует вывод. Объектив серьезной компании можно применять и большего формата, а объектив сомнительного происхождения - только соответствующего формата, а лучше вообще не применять. К примеру, почему объективы Pentax дороже объективов малоизвестных фирм? Потому, что в распоряжении их конструкторов во много раз больше сортов стёкол (основная причина, по которой отечественные объективы пока уступают зарубежным, несмотря на усилия наших разработчиков). Назначены и выполняются жесточайшие требования по качеству изготовления линз, используется патентованное многослойное просветляющее покрытие линз, приняты меры для компенсации температурных деформаций, приводящих к потере разрешения, автодиафрагма со спот - фильтром работает устойчиво во всем диапазоне освещенностей. Всё это означает, что продукция компании соответствует ICO 9001.