Основные характеристики объективов и ТВ камер

Объектив (Lens) - оптическая система, фокусирующая изображение наблюдаемого объекта на фотоприемник.
Асферический объектив (Aspherical Lens) - это объектив, имеющий в своем составе линзы специальной асферической (отличной от сферы) формы.

 
сферическая абберация

  
отсутствие сферическоа абберации

Применения таких линз позволяет уменьшить сферические аберрации, увеличить светосилу объектива, повысить четкость изображения, а также уменьшить вносимые геометрические искажения и габаритные размеры самого объектива.
Телецентрический объектив (Telecentric Lens) - обеспечивает падение светового потока на фотоприемник под прямым углом на всей площади фотоприемника, что сводит к минимуму ошибку угла зрения или изменения увеличения, обеспечивая высокое разрешение и контраст при минимальной дисторсии, отличную цветопередачу изображения в любом направлении от центра к краю формируемого изображения. У телецентрических объективов лучше глубина резкости, по сравнению с обычными.
Макро объектив (Macro Lens) - объектив, предназначенный для съемок при малых расстояниях до объекта.
Длиннофокусные насадки (экстендеры) - представляют собой оптические устройства для увеличения/уменьшения фокусного расстояния объектива (за счет уменьшения/увеличения светосилы). Устанавливаются между объективом и ТВ камерой.
Фотоприемник (Imaging divice) - светочувствительный регистрирующий прибор, преобразующий
световую энергию в электрический сигнал.
КМОП-сенсор (CMOS sensor) - твердотельный фотоприемник выполненный по технологии КМОП (комплементарные полевые транзисторы со структурой Металл-Окисел-Полупроводник). КМОП-сенсоры помимо преобразования фотонов света в электрический сигнал выполняют функции обработки изображения, и по сути являются электронными чипами.
ПЗС-матрица (CCD sensor) ПЗС - Прибор с Зарядовой Связью. ПЗС-матрица предствляет собой твердотельный фотоприемник, который преобразует фотоны света в электрический заряд.
Стабилизатор изображения - устройство, предназначенное для компенсации эффекта дрожания
изображения при использовании в ТВ камере длиннофокусного объектива. Движение от тряски или
перемещения фиксируется специальным датчиком.
Существует:
1. Оптическая стабилизация, в которой неподвижность проецируемого изображения на фотоприемник обеспечивается подвижным элементом оптической системы (линзой).
2. Электронная стабилизация, самого фотоприемника. В этом режиме светочувствительный сенсор отслеживает перемещения изображения, проецируемого на матрицу.
Разрешающая способность (Resolution) характеризует способность системы видеонаблюдения различатьмелкие детали и удаленные предметы. В телевидении разрешающая способность измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ), в оптике - в линиях на милиметр.
Чувствительность - способность ТВ камеры формировать ТВ изображение определенного качества при минимальной освещенности наблюдаемого объекта. Под чувствительностью понимают такую минимальную освещенность тестовой таблицы, при которой амплитуда полного видеосигнала 1 вольт.

Основные определения

Контраст (Contrast)
1) Контраст объекта - отношение яркостей самой светлой и самой темной частей объекта.
2) Контраст изображения - тональная характеристика изображения, характеризующая различие в яркости его наиболее светлых и наиболее темных участков.
Разность яркостей самой светлой и самой темной областей изображения называется - динамическим диапазоном.
3) Контраст освещения - величина, характеризующая различие яркостей различных участков объекта.
Контрастная способность объектива - отношение контраста изображения, образуемого объективом, к контрасту изображаемого объекта. Контрастная способность зависит от степени светорассеяния в объективе и снижает ее в первую очередь на темных участках, подсвечивая их.
Светорассеяние - явление преобразования светового потока определенного направления в потоки всевозможных направлений. Кроме рассеяния света на границе сред “воздух-стекло”, источниками паразитного светорассеяния также являются всевозможные отражения света от торцевых поверхностей линз, от внутренней части оправы объектива и т.п..
Контрастная чувствительность - характеризует способность ТВ камеры различать элементы изображения минимального контраста, т.е. под ней понимают минимальную освещенность объекта, при которой ещё можно различить черно-белые переходы на изображении.
Цветопередача - результат отображения цветов оригинала на его изображении. Существуют понятия физически точной, физиологически точной и психологически точной цветопередачи. Цветность излучения зависит от его спектрального состава.
Яркость - отношение силы света источника в данном направлении к площади светящейся поверхности, видимой в том же направлении.
Яркость цвета - плотность светового потока, отраженного окрашенным предметом в направлении наблюдателя.

Формат камер и объектива

Угол обзора (Angle of view) определяетсят:
- фокусным расстоянием объектива;
- размером активной области матрицы ПЗС (формат камеры).
Чем меньше размер матрицы при одном и том же объективе, тем меньше угол обзора камеры.
Формат объектива должен быть равным или большим формата камеры.
Форматы обозначаются в дюймах. Величина формата означает то, что ПЗС матрица имеет активную область равную активной области электронной передающей трубки.
Несоответствие форматов объектива и камеры может привести к виньетированию, т.е. к затемнению углов изображения. На рисунке приведены размеры матриц получивших наибольшее распространение в системах охранного телевидения.

Характеристики объектива

Фокусное расстояние - расстояние от оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются лучи света, входящие в объектив паралельным пучком.
Относительное отверстие - параметр, равный отношению диаметра светового отверстия (d) к главному фокусному расстоянию (f). Относительное отверстие объектива служит для характеристики светосилы объектива, т.е. способности объектива давать изображение при определенной освещенности объекта.

1/F = d/f

где F - диафрагменное число объектива.
Глубина резкости - свойство объектива одинаково резко различать предметы, удаленные от объектива на различные расстояния. При диафрагмировании происходит изменение глубины резкости (Depth of field) - диапазона дистанций, в пределах которого объекты находятся в фокусе. При открытой диафрагме она минимальна. При неправильно настроенном объективе наблюдаемые объекты, изображение которых за счет большой глубины резкости днем (диафрагма закрыта) было в фокусе, ночью (диафрагма открыта) могут выглядеть размытыми.
Виньетирование - ограничение части светового пучка в оптической системе приводящее к затенению периферийных участков изображения.
Кружок рассеяния - искаженное изображение точки, образуемое реальной оптической системой. Возникает вследствие дифракции света и аберраций оптических систем. При съемке пространственного объекта невозможно с одинаковой резкостью получить изображение точек, лежащих на разном расстоянии от объектива.
Гиперфокальное расстояние (Hyperfocal Distance) - минимальное расстояние от объектива до такой плоскости в пространстве предметов, при фокусировке на которую, задняя граница резко изображаемого пространства находится в бесконечности.
Хроматическая аберрация - это искажение изображения, возникающие вследствии того, что лучи света разной длины волны (цвет), преломляются линзой по-разному, в результате чего лучи различных длин волн собираются после прохождения линзы не в одной точке фокуса.
Дисторсия - это аберрация изображения, в результате которой происходит искривление прямых линий по краям кадра (изображение приобретает подушкообразную или бочкообразную форму).
Диафрагма - это устройство, с помощью которого ограничивается поперечное сечение световых пучков, проходящих через объектив. Диафрагма регулирует освещенность фотоприемника при экспонировании и глубину резко изображаемого пространства.
Ирисовая диафрагма (Iris) - диафрагма выполненная в виде нескольких лепестков, регулирующая количество света, проходящего через объектив. Может быть ручной или автоматической.
Автоматическая диафрагма (Auto Iris - AI) - Диафрагма величина, которой изменяется в зависимости от освещенности наблюдаемого объекта. Управляется электронной схемой, место расположения которой определяет ее тип. Если схема управления автодиафрагмой установлена в корпус объектива, то он называется «Video Drive». При отсутствии в корпусе объектива схемы управления он носит название «Direct Drive», а сигналы управления формируются ТВ камерой или специальной схемой. Объективы с АРД применяют при значительных изменениях уровней освещенности наблюдаемого объекта, например, в уличных камерах.
Объектив для круглосуточного наблюдения с ИК-коррекцией (Day & Night Lens) - объектив с исправленными хроматическими аберрациями. Данный тип объективов характеризуется меньшим уходом плоскости наилучшего изображения (ПНИ) при смене освещенности, что особенно актуально при работе в ночное время с ИК-подсветкой.

Типы крепления объективов

Наибольшее распространение в охранном телевидении получили крепления объективов типов:

С - 12.5 мм, CS - 17.5мм,
Для перехода с CS-mount на C-mount существует переходное кольцо толщиной 5 мм, так называемый CS-t-C-mount adaptor.

D14мм, M12x0.5 мм., М9х0.5мм.
Крепление типа M12x0.5 мм (М9х0,5) применяется в миниатюрных и бескорпусных ТВ-камерах.

В некоторых случаях используется переходник СS - М12*0.5мм