Объективы

Объектив является важным и неотъемлемым элементом телевизионной камеры, от характеристик которого в значительной мере зависят общие характеристики не только камеры, но и ТВ системы в целом. Объектив, представляющий собой систему линз, характеризуется рядом параметров. Рассмотрим те параметры, которые необходимо учитывать в первую очередь при выборе объективов для телекамер.

Формат ПЗС - матрицы камеры, для которой предназначен

объектив

Поскольку объектив решает задачу фокусировки изображения определенной зоны контролируемого объекта на ПЗС - матрице, а последняя может быть различного размера, то необходимо соответствие параметров объектива размеру матрицы.

Ясно, что можно без сомнения использовать объективы и камеры одного формата. Однако при необходимости можно использовать и некоторые другие сочетания, принимая во внимание соответствующие

особенности.

На рис. 2.5 показаны примеры трех различных сочетаний размера матрицы и соответствующего параметра объектива. В первом стандартном случае достигается полное использование поверхностей как объектива, так и ПЗС - матрицы. Если формат ПЗС - матрицы меньше соответствующего параметра объектива, то ПЗС - матрица используется полностью в отличие от объектива. Как результат мы получим сужение угла обзора объектива при некотором улучшении качества изображения. Это происходит по тому, что в этом случае используется только центральная часть объектива, технологическая точность изготовления которой выше, чем на краях. Использование матрицы большего формата чем та, на которую рассчитан объектив, приведет к формированию неприемлемого изображения.

Способ монтажа объектива

Об этом параметре (также определяющем совместимость матрицы и камеры) говорилось выше. Выбирая объектив с тем или иным типом установки ("С" или "С5") необходимо учитывать соответствующий параметр камеры (см. табл. 2.2).

Фокусное расстояние

Фокусное расстояние является одним из важнейших параметров, определяющим угол зрения объектива. От последнего, в свою очередь, зависят не только размеры наблюдаемой зоны, но и качество формируемого изображения, возможность различать мелкие детали.

Соотношение между углом зрения и фокусным расстоянием зависит также от формата матрицы (рис. 2.6). Из двух телевизионных камер с матрицами разных форматов укомплектованных соответствующими объективами с одинаковым фокусным расстоянием больший угол обзора будет иметь камера, предназначенная для работы с матрицей большего формата (рис. 2.6). Одинаковый угол обзора будет у камеры с объективом с меньшим фокусным расстоянием и предназначенным для матрицы меньшего формата и соответственно с большим фокусным расстоянием и большим форматом матрицы. Фирмы производители обычно приводят соответствующие таблицы этих параметров для выпускаемых объективов.

В табл. 2.3 приведены ориентировочные данные, позволяющие оценить значение угла обзора для объективов с разным фокусным расстоянием для матриц наиболее популярных форматов 1/2" и 1/3".

Таблица 2.3

Формат матрицы

Фокусное расстояние, мм

2,6

3,6

Угол обзора. град.

1/3

1/2

Необходимо также помнить, что угол обзора в вертикальной плоскости будет меньше, чем в горизонтальной (соотношение сторон матрицы 3:4).

В зависимости от значения угла обзора объективы могут подразделяться на следующие типы:

• стандартный или нормальный (угол обзора 30 град.);

• широкоугольный обзора около 60 град.);

• сверхширокоугольный обзора более 80 град.);

• телеобъективы обзора единицы градусов).

Конечно это деление достаточно условное, поскольку в общем случае объектив может иметь любое значение фокусного расстояния и угла обзора соответственно. Однако различные фирмы производители бычно выпускают объективы с одинаковыми (например, 6, 8, 12) ИЛИ близкими (3,6; 3,8; 4) значениями фокусного расстояния,

До сих пор речь шла о наиболее распространенных объективах, имеющих фиксированное фокусное расстояние. На практике зачастую возникает задача использования телекамеры, позволяющей изменить угол обзора в процессе эксплуатации. Для этой цели могут использоваться объективы с переменным фокусным расстоянием или, как их еще называют, с трансфокатором. Примером работы такого объектива могут служить телевизионные репортажи, когда изображение увеличивается, дается "наплыв". Такие объективы дают возможность дистанционно в процессе работы изменять угол обзора в пределах, определяемыми параметрами объектива. Эта особенность позволяет переходить от наблюдения общего плана объекта к детальному рассмотрению какой-либо его части или наоборот.

Необходимо представлять, что такого типа объективы имеют как достоинства, так и недостатки по сравнению с объективами с фиксированным фокусным расстоянием. К ним можно отнести следующие:

· • Большие возможности наблюдения за объектом (возможность при необходимости увеличивать какую-либо часть изображения для более детального изучения).

· • Более высокая стоимость объектива и необходимость использования дополнительных устройств управления.

· • Большие габариты и масса такого объектива.

Как дополнительный параметр объективов с переменным фокусным расстоянием используется диапазон изменения фокусного расстояния и соответственно угла обзора. Как правило, он составляет от 4-7 до десятков градусов.

Как уже отмечалось выбор правильного угла зрения очень важен с точки зрения как размеров контролируемой зоны, так и качества получаемого изображения.

Одна из распространенных ошибок, которую допускают начинающие пользователи и разработчики ТВ систем, связана с желанием обеспечить наблюдение за объектом минимальным количеством телекамер. Это впрочем легко объясняется финансовыми ограничениями. Увеличение угла обзора телекамеры приводит к соответствующему увеличению размеров контролируемой зоны, то есть упомянутая задача на первый взгляд решается. Но при этом забывают, что разрешающая способность камеры ограничена и увеличение угла обзора, к примеру в три раза, с 30 до 90 градусов, приведет к увеличению линейных размеров контролируемой зоны почти в 3 раза. А это означает, что для отображения объекта одного и того же размера пру фиксированном количестве элементов разрешения используется в 3 разе меньшее количество элементов разрешения, то есть качестве изображения существенно ухудшается, возможность различать мелкие детали будет потеряна.

Чтобы избежать этого, необходимо прежде всего четко определить решаемую задачу. Условно можно выделить несколько зада¹

наблюдения.

• Общий план контролируемого объекта. При этом ставится задача обзора, оценки ситуации в целом, без деталей. Например наблюдение за территорией, прилегающей ко входу в банк (рис. 2.7.) В таком случае необходимо оценить появление или перемещением некоторых объектов (машин, людей и т. д.). Возможность оценить детали не только мелкие (номер машины, лицо человека и т. п.), но зачастую I более крупные (марку автомашины, действие людей) обычно отсутствует

• Наблюдение за действиями, происходящими на объекте. В этом случае решается задача различения достаточно крупных деталей (например, упомянутая выше - марки автомашины, действие человека, что он держит в руках и т. п.). Однако задача идентификации личности или не решается, или решается на низком уровне.

• Идентификация личности. При этом необходимо различать достаточно мелкие, характерные детали, например лицо человека, входящего на объект.

Существуют различные методики определения угла обзора, обеспечивающего решение задачи наблюдения за объектом определенного размера. Искомой величиной при этом является фокусное расстояние объектива, а исходными данными могут быть:

• размер объекта наблюдения и его относительный размер на экране монитора;

• размер зоны, отображаемой на экране монитора;

• угол обзора.

Все эти параметры могут задаваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Наиболее просто задача решается в последнем случае -подбирается объектив с наиболее близкими параметрами. Если известен размер отображаемой зоны на предельном расстоянии, то он может быть либо пересчитан в угол обзора с последующем выбором объектива, либо требуемое фокусное расстояние может быть определено по формуле:

f=(R*Y)/L

где: f - фокусное расстояние; R - расстояние до объекта; Y - размер ПЗС - матрицы; L - линейный размер объекта.

Ясно, что оба параметра L и Y должны выбираться соответственно либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости.

В том случае, если известен размер объекта наблюдения (например, человек или его лицо), то можно задать какую часть экрана он должен занимать. К примеру, для решения задачи идентификации необходимо, чтобы лицо человека составляло хотя бы 20-30% экрана (линейные размеры), лучше 50-60%. В этом случае в последнюю формулу необходимо ввести корректировку:

f=(R*Y)/L’

где: L’ = (100хL) /α, α - относительный (в %) размер объекта на экране.

Определим фокусное расстояние объектива для наблюдения на экране человека в полный рост, составляющего 50% размера экрана и находящегося на расстоянии 8 м от камеры. Для объекта с Lверт = 1,8 м (рост), камера с ПЗС - матрицей формата 1/3" имеет Yверт = 3,6 мм

Тогда получим:

L’ = (1,8х100)/50= 3,6 м, F= (8х3,6)/3,6=8 мм.

Таким образом для решения поставленной задачи требуется объектив с углом обзора 30 градусов (см. табл. 2.3). Если же мы хотим видеть на экране лицо этого человека на этом расстоянии, то при L=0,25 м (размер лица), получим:

L = (100х0,25) / 50 = 0,5 м; Т = (8х3,6) / 0,5 = 57,6 мм.

То есть необходим объектив с фокусным расстоянием 50 мм или используя тот же объектив, что и в предыдущем примере, расположить камеру на расстоянии 1,2 м.

Возможность и способ регулировки диафрагмы

Это возможность изменять размер отверстия объектива итем самым регулировать количество пропускаемого света. Используется три основных вида объективов:

• Объективы с фиксированной диафрагмой. Наиболее дешевые (при прочих равных параметрах), но не обладающие возможности подстройки к уровню освещенности на объекте. Используются, как правило, в помещениях со стандартным уровнем освещенности. Адаптация к изменению уровня освещенности достигается главным образом за счет электронного затвора камеры.

• Объективы с ручной регулировкой диафрагмы. Позволяют вручную при монтаже камеры установить значение диафрагмы, позволяющее работать во всем диапазоне изменения освещенности. В дальнейшем при эксплуатации этот параметр не изменяется. Используется обычно в помещениях с ограниченным диапазоном изменения освещенности.

• Объективы с автоматической регулировкой диафрагмы. Наиболее дорогой вид объективов, однако обладающие способностью автоматически адаптироваться к изменяющемуся уровню освещенности. В сочетании с электронным затвором это дает возможность осуществлять наблюдения в широком диапазоне изменения освещенности (прежде всего на улице).

Для таких объективов дополнительным параметром является вид управляющего сигнала - видео или постоянный ток. В первом случае объектив должен содержать усилитель видеосигнала, для формирования сигнала управления достаточной мощности. Во втором соответствующие усилители находятся в телекамере и, соответственно, объектив будет проще, меньших габаритов и дешевле. В любом случае этот параметр должен учитываться с точки зрения совместимости камеры и объектива.

Дата добавления: 2015-05-26