Санкт-Петербург:
8 (812) 447-95-55
Москва:
8 (495) 645-23-92

Выбор угла обзора объектива ТВ камеры. Варифокалы

С проблемой выбора угла обзора объектива телевизионной камеры, при установке ее на объекте, сталкивался, наверно, каждый проектировщик и монтажник. Угол обзора зависит от фокусного расстояния объектива и размеров фотоприемника, т.е. формата установленной в ТВ камере ПЗС матрицы. Чем больше формат матрицы и короче фокус, тем больше угол обзора. Существенно упростить решение этой задачи помогают объективы с переменным фокусным расстоянием, так называемые варифокальные объективы или варифокалы. В случае установки такого объектива имеется возможность изменить ракурс ТВ камеры с минимальными временными затратами непосредственно на объекте. До недавнего времени спрос на варифокальные объективы был ограничен их высокой стоимостью и худшими оптическими характеристиками по сравнению с объективами с фиксированной величиной фокусного расстояния (монофокалами). 

Все варифокальные объективы, представленные на рынке, можно разбить на следующие категории в зависимости от диапазона изменения фокусного расстояния
  • короткофокусные – у которых фокусное расстояние регулируется от 1,6 до 3,4 мм; 
  • среднефокусные – с регулировкой фокусного расстояния (3 – 8) мм и (2,8 - 10 (12)) мм; 
  • длиннофокусные 
       - четырехкратные –(х4) – с фокусами (10 – 40) мм, 
       - десятикратные (х10) - (5 – 50) мм,
       - двадцатикратные (х20) – (5 – 100) мм. 
Также варифокалы по своему применению можно разделить на: 
  • светосильные для высокочувствительных черно-белых камер и цветных камер типа «День-Ночь» с величиной относительного отверстия F  1.0; 
  • высокой четкости для черно-белых и цветных камер высокого разрешения; 
  • для цветных и черно-белых камер стандартного разрешения и чувствительности

Наибольшим спросом в настоящее время пользуются варифокальные объективы с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД) и без АРД. 

Рынок продавцов и производителей оптики для систем видеонаблюдения в основном делится на сектора: Япония, Южная Корея и Китай. Всем известны такие японские гиганты как Fujinon, Computar, Yamano, Kowa, Tamron, производящие известную своим высоким качеством оптику. Отличительными особенностями оптики японских производителей являются высокая культура ее производства и как следствие, высокая повторяемость ее характеристик, наличие в составе производимой продукции объективов различных форматов, вплоть до дюймовых, объективов специального применения и назначения. Производители недорогой качественной оптики Южной Кореи - Daiwon и Samyang и др.. Эта категория объективов в основном предназначена для камер стандартного разрешения. Стоимость варифокальных объективов приблизилась к стоимости монофокалов японских производителей. А их оптические характеристики не хуже, чем характеристики объективов производства известных производителей. 

Основными факторами, определяющими качество объектива, а следовательно и получаемого изображения являются величина его относительного отверстия, геометрические искажения (дисторсия), ИК-коррекция, узел автодиафрагмы и функция передачи модуляции (ФПМ). 

По величине относительного отверстия варифокальные объективы можно разделить на: 
  • светосильную оптику с величиной относительного отверстия равной единице и менее (F  1.0); 
  • оптику стандартной светосилы, с величиной относительного отверстия F1.4 – F1.6. 

Новые методы расчета оптических схем и применение асферических линз и специальных просветляющих покрытий позволяют увеличить величину относительного отверстия современных объективов до F0,95 и менее.

Геометрические искажения вносимые объективом, определяются величиной дисторсии. Для короткофокусных – это бочкообразные искажения, для длиннофокусных – подушкообразные. 

Выбор материала для изготовления линз и сама форма линзы (сферическая или асферическая) – определяют величину хроматических искажений, а также возможность работы объектива на участке спектра в диапазоне от 700 до 1000 нм - специальная коррекция для работы в инфракрасном (ИК) диапазоне, т.н. IR (Infra Red) – коррекция. 

IR-коррекция увеличивает четкость изображения объекта наблюдения при изменении спектрального состава источника освещения, что важно при изменении условий освещенности наблюдаемого объекта: день, ночь, солнце , инфракрасный прожектор, звездное небо, лампа накаливания, и т. д. Объективами с IR-коррекцией рекомендуется оснащать черно-белые и цветные ТВ камеры «День-Ночь» для увеличения четкости получаемого изображения. 

Применение специальных внутренних нейтральных фильтров переменной плотности, наносимых на поверхность линз в ее центральной области, позволяет ограничить степень закрытия диафрагмы. Такой фильтр представляет собой тонкую пленку расположенную в области диафрагмы объектива и называется «спот-фильтром». Плотность фильтра в центре выше, чем на краю. Такой светофильтр позволяет работать объективу при высоких уровнях освещенности без существенной потери качества изображения. 

Спот-фильтр действует не только в видимой части спектра, но и в инфракрасной области значительно снижая эффект засветки. При наблюдении живой зелени в солнечном свете с помощью черно-белой ТВ камеры с обычным объективом без спот-фильтра ее изображение получается пересвеченным. Создается впечатление, что вместо зелени лежит снег. Это происходит по причине отражения зеленью инфракрасной составляющей (тепловых лучей) солнечного света, которое регистрирует черно-белая камера, имеющая в этой области спектра наибольшую чувствительность. В цветных камерах, где имеется ИК фильтр, такого эффекта не наблюдается. Такой фильтр вступает в действие только при высоких уровнях освещенности при закрытии диафрагмы, т.к. нанесен в центральной области объектива. 

Результат его действия наглядно представлен на фотографиях. Видно, что изображение полученное при использовании объектива со спот-фильтром контрастней и четче, а живая зелень привычного вида. Наличие спот-фильтра в объективе особенно важно при использовании его с высокочувствительными черно-белыми камерами, а также в случае применения цифровой системы видеонаблюдения. 

Фото 1 - Объектив без спот-фильтра.JPGФото 2 - Объектив со спот-фильтром.JPG
Фото 1Фото 2

Для объективов с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД) важнейшими факторами определяющими их работу в большом диапазоне освещенности является конструктивное исполнение узла АРД, а именно расположение его в оптической схеме, количество и форма лепестков, наличие встроенных нейтральных светофильтров и т.д. 

Функция передачи модуляции (ФПМ) объектива характеризует его контраст и четкость. Специалистами ООО «БИК-Информ» г.Санкт-Петербург разработана методика измерения ФПМ для сравнительной оценки объективов, в основе которой лежит измерение контраста получаемого ТВ изображения на различных пространственных частотах по всему полю изображения, т.е. от центра к краю. 

Совсем недавно на рынке оптики ориентированной на CCTV появились недорогие малогабаритные варифокальные объективы с типом крепления М12х0,5 мм с величиной относительного отверстия от F1.6 до F2.0 и диапазоном регулировки фокусного расстояния от 2,6 до 22 мм. Такие объективы ориентированы на построение систем наружного видеонаблюдения бюджетного уровня. Устанавливаются они непосредственно на бескорпусные ТВ камеры. Такую камеру можно поместить в малогабаритный кожух. При этом стоимость и габаритный размер ТВ камеры наружного наблюдения снижается до минимума. 

Прогресс не стоит на месте – появляются новые технологии, совершенствуется механика и оптика, снижаются габариты, вес и стоимость объективов, а мы с вами имеем возможность выбора из увеличивающегося разнообразия предлагаемой продукции. При выборе (объектив - ТВ камера) следует руководствоваться пониманием поставленной задачи и бюджетом проектируемой системы видеонаблюдения.

(АВТОРЫ: Бочаров Б. Г., Потемкин А. В., журнал "Грани Безопасности", №3 (33) 2005) Полный текст статьи (PDF)