Жизнь через объектив.
Современная видеокамера, предназначенная для CCTV, обладает набором множества важных характеристик и функциональных возможностей. Но их реализация целиком и полностью зависит от того, насколько правильно выбран и настроен объектив.
Объектив видеокамеры нередко сравнивают с глазами системы, и, несмотря на некоторую штампованность метафоры, по сути, она очень верна. Ведь, как известно, глаз человека осуществляет сбор информации (света), которая передается на сетчатку, где происходит преобразование света в сигналы, передаваемые в мозг. Мозг, в свою очередь, преобразует полученные сигналы в видимое человеком изображение.
Так же как и человеческий глаз, объектив осуществляет сбор информации (света) об окружающих объектах. Эта информация передается сквозь объектив к точке фокуса, где происходит фокусировка света на матрице камеры. Матрица преобразует свет в электрический сигнал для электроники камеры, осуществляющей формирование изображения.
Угол обзора объектива непосредственно связан с фокусным расстоянием объектива. Короткое фокусное расстояние дает широкий угол обзора. По мере увеличения фокусного расстояния угол обзора камеры сужается. В науке существует такое понятие как нормальный угол зрения. Такой угол составляет около 35, что соответствует углу обзора человеческого глаза.
Фокусное расстояние, которое измеряется в миллиметрах, — это расстояние от оптического центра объектива до поверхности матрицы.
Классификация
Вообще товары массового ассортимента, — а различных объективов только для систем видеонаблюдения выпускается сотни, — принято классифицировать, естественно, взяв за основу те или иные его особенности.
По типу диафрагмы объективы делятся на две основные группы: с ручной и автоматической диафрагмой.
Объективы с ручной диафрагмой применяются, например, в том случае, если в помещении, в котором установлена система видеонаблюдения, есть постоянное освещение. Это может быть круглосуточно работающий супермаркет. Настройкой диафрагмы мы регулируем количество света, которое проходит через объектив на матрицу видеокамеры, и таким образом получаем оптимальную картинку по освещенности.
Автоматическая диафрагма объектива управляется сигналом, который поступает с камеры. То есть, камера сама обрабатывает сигнал, поступающий с матрицы, оценивает количество света и посылает на объектив команду, в соответствии с которой устанавливается необходимая степень открытости диафрагмы.
Объективы с автоматической диафрагмой, в свою очередь, делятся еще на два вида: с прямым приводом (DC drive) и видеоприводом (Video drive). И те, и другие автоматически настраиваются на изменяющиеся условия освещенности, поэтому преимущественно используются вне помещений.
В первом случае мотором диафрагмы управляет непосредственно напряжение, которое идет с камеры. В зависимости от этого сигнала мотор работает на открытие или закрытие диафрагмы. То есть, управление количеством света, передаваемым через объектив, осуществляет камера. Именно она сообщает объективу, сколько света ей нужно. Популярность объективов с прямым приводом автодиафрагмы обусловлена тем, что они почти не требуют настройки. Некоторые производители поставляют такие объективы с предварительно распаянным разъемом привода автодиафрагмы.
Во втором случае модуль обработки сигнала находится в самом объективе. На объектив приходит видеосигнал от камеры, а модуль оценивает этот сигнал и принимает решение на соответствующие действия в отношении закрытия или открытия диафрагмы.
По стоимости эти объективы отличаются, — объективы с видеоприводом несколько дороже. При этом объективы с видеоприводом уже практически не пользуются спросом в большинстве стран. Рынок этого оборудования сохранился только в России и странах СНГ.
Еще две большие группы: с фиксированным фокусным расстоянием и переменным фокусным расстоянием.
Объективы с фиксированным фокусным расстоянием дешевле, но при их использовании нужно точно рассчитать требуемый угол зрения, то есть, тот угол, под которым объектив будет смотреть. От этого зависит, какое пространство будет захватывать камера, и что оператор будет видеть на мониторе. При этом приближение объекта наблюдения невозможно, единственно доступная функция – настройка фокусировки. Спектр применения таких объективов ограничен, — обычно их используют в камерах, наблюдающих за входами на объекты.
Объективы с переменным фокусным расстоянием или варифокальные объективы можно подстраивать на месте в зависимости от каких-то нюансов. Кроме того, если меняется направление, в котором смотрит камера, можно, не меняя сам объектив, изменить только его настройки.
Следует также выделить объективы с ИК-коррекцией. Применение этих объективов позволяет избежать расфокусировки при смене освещенности, когда спектр проходящего через объектив света смещается в инфракрасную область. Этот эффект возникает из-за того, что в разное время суток свет, проходящий через объектив имеет разную длину волны, а у волн разных длин разнится коэффициент преломления. Если настроить объектив на работу днем, то к вечеру изображение может быть размытым, не в фокусе. В этом случае сотрудники службы эксплуатации системы будут вынуждены два раза в сутки настраивать фокус объектива. Объективы с ИК-коррекцией имеют специальный состав стекла и/или специальное напыление на стекло, которые практически полностью компенсируют эффект расфокусировки. Такие объективы чаще всего используют с камерами день/ночь. А если система установлена на улице с ИК подсветкой то применение объективов с ИК-коррекцией является обязательным требованием.
Трансфокаторы
Это варифокальные объективы, в которых система линз устроена таким образом, что фокусировка в них происходит автоматически, нужно лишь первоначально настроить фокусировку объектива. Внутри трансфокатора группы линз взаимосвязано перемещаются относительно друг друга таким образом, что при изменении масштаба изображение всегда находится в фокусе. Трансфокаторы могут быть с ручной настройкой и моторизованные. Трансфокаторы с ручной настройкой обычно используют, когда нет возможности поставить камеру близко к объекту, но регулировать фокусное расстояние в них не требуется. Достаточно один раз настроить объектив на минимальный угол, чтобы была возможность издалека детально наблюдать за удаленным объектом. Также они могут использоваться для проведения различных тестов и демонстраций.
Моторизованными трансфокаторами можно управлять и настраивать их дистанционно. Трансфокаторы применяются в тех случаях, когда нужно наблюдать за удаленным объектом: приблизить, рассмотреть какие-то детали. Самые удобные трансфокаторы – в которых есть все моторы и предустановки. Особенно в случае, если камера используется на поворотном устройстве тоже с предустановками, — тогда можно заранее задать системе определенные положения, в которые камера будет становиться автоматически, а объектив настраиваться заданным образом. Скажем, запрограммирован поворот на такой-то угол в горизонтальной или вертикальной плоскости, и трансфокатор при этом выполняет заранее заданное приближение или удаление, настройки фокуса, диафрагмы.
Конечно, лучше всего, если трансфокатор имеет три мотора, которые управляют масштабированием, фокусировкой и диафрагмой. Но есть модели с меньшим количеством моторов: с двумя, например – для управления только масштабированием и фокусировкой. Трансфокаторы присутствуют в линейках продукции всех ведущих производителей объективов. С некоторыми моделями можно познакомиться в обзорной части публикации.
T34Z5518AMSP-CS (Computar) Объектив формата 1/3″ имеет фокусное расстояние 5,5-187 мм, video автодиафрагму. Крепление – CS. Максимальная апертура – 1:1,8. Диапазон изменения диафрагмы F1,8~560. Диапазон резкости — 1,5 м ~ бесконечность. Эффективные диаметры линз: передний — 70,0 мм, задний — 9,1 мм. Монтажное основание — стандартная резьба 1/4″. Условия эксплуатации -10C…+ 50C. Размер фильтра — M77 P=0.75. Размеры (Ш х В х Г) 82 х 97,4 х 160 мм. Угол зрения на матрице 1/3″: по диагонали — 57,5~1,9, по горизонтали 46,6~1,5, по вертикали 35,2~1,1. Весит объектив 1190 грамм. Объектив T34Z5518AMSP имеет spot-фильтр и возможность настройки интегральной чувствительности усилителя автодиафрагмы, дополнительную функцию предустановок по резкости и фокусному расстоянию.
Угол зрения по горизонтали составляет 55 , — это значение больше угла, который могут обеспечить обычные линзы. Объектив DF003 обеспечивает высокое разрешение с 18-кратным увеличением.
Объектив DF003 для камер формата 1/3 с мегапиксельным разрешением (Tamron)
Модель имеет диафрагму F/1.6 и фокусное расстояние от 4,7 до 84,6 мм. Использование асферичных элементов позволяет достичь превосходной работы объектива, причем, это касается как точности, так и качества на всем диапазоне увеличения изображения. Объектив имеет функцию переключения режимов день/ночь. У объектива DF003 эргономичный дизайн. При его производстве используются только экологически чистые материалы.
D32x10R4D-V41 (Fujinon)
Первый в мире трансфокатор для мегапиксельных камер видеонаблюдения с ИК-коррекцией (работает в дневном и в ночном режимах без «уплывания» фокуса). Кроме того, объектив поддерживает функцию предустановок. То есть, если его подключить к клавиатуре управления, которая позволяет «запоминать» узловые ракурсы траектории видеонаблюдения, то возможно автоматическое, без вмешательства оператора, повторение «проезда» по заданной траектории.
Трансфокатор имеет 32-кратное оптическое увеличение для мгновенной детальной идентификации удаленных объектов, стабильную резкость изображения, как в темноте, так и при избыточной освещенности (благодаря ИК-коррекции). D32x10R4D-V41 обеспечивает оперативный видеоконтроль наиболее важных участков охраняемой территории с использованием предустановок.
Электромеханическая часть этого трансфокатора включает три независимых сервопривода, состоящих из потенциометра и электродвигателя постоянного тока, которые позволяют оператору регулировать величины оптического увеличения, отверстия диафрагмы и устанавливать фокусировку камеры независимо друг от друга. Использование в конструкции трансфокатора двигателей постоянного тока обеспечивает мягкий и быстрый старт всех управляемых узлов конструкции и плавное регулирование скорости их перемещения в широких пределах.
Серия 55-кратных трансфокаторов серии TM55Z1038 (TOKINA)
Серия из 4 моделей 55-кратных трансфокаторов TM55Z1038 (фокусное расстояние 10-550мм F/3.8). Две модели из этой серии снабжены встроенным 2-кратным экстендером, который увеличивает фокусное расстояние при телеугле до 1100мм. Объектив подходит ко всем видеокамерам с типом крепления C и CS mount, формата матрицы 1/2 и меньше. При телеугле с камерой формата 1/3 и расстоянии до объекта 550м можно поместить в полный экран человеческую фигуру ростом 180см. Серия TM55Z1038 незаменима при наблюдении таких крупномасштабных объектов, как государственная граница, береговая линия, территории аэро-и морпорта, автотрассы и железнодорожные магистрали, нефтяные плантации и трубопроводы. Серия TM55Z1038 представлена следующими моделями:
TM55Z1038AIPN：ｆ=10-550mm F/3.8 Video Iris with Focus/Zoom Pre-set; TM55Z1038AIPNX2：ｆ=10-550(-1100)mm F/3.8 Video Iris with Focus/Zoom Pre-set・2X extender; TM55Z1038NPN：ｆ=10-550mm F/3.8 Motorized Iris with Focus/Zoom/Iris Pre-set; TM55Z1038NPNX2：ｆ=10-550(-1100)mm F/3.8 Motorized Iris with Focus/Zoom/Iris Pre-set・2X extender.
55-кратный 2-моторный ZOOM-объектив с автодиафрагмой, потенциометром, удаленным управлением диафрагмы и встроенным электроэкстендером (Pentax)
H55ZME-5F (ZF) (код C61233ZF), формат ½”, крепление C, фокусное расстояние 12.0 — 660.0 мм, диафрагма 4 – 1500, управление диафрагмой VS, угол зрения по горизонтали 31°39′ — 0°34, резьба 105 мм.
С экстендером кратность 2.0, фокусное расстояние 24,0 — 1320.0 мм, диафрагма 8 – 3000, угол зрения по горизонтали 15°28′ — 0°17′.
При использовании встроенного экстендера максимальное фокусное расстояние составляет 1320 мм. Он идеален для мониторинга границ, побережий, видеонаблюдения в центрах городов и площадей. Благодаря применению специальных стекол снимки получаются четкими и высококонтрастными по всему диапазону фокусного расстояние. С максимальным значением диафрагмы F1500 (F3000 при использовании экстендера) особенно эффективен объектив H55ZME-5F (ZF) (код C61233ZF) для применения с камерами, работающими при низком уровне освещенности.
Статьи по теме:
Видеонаблюдение
Советы домовладельцам по обеспечению безопасности
Три критических вопроса при выборе видеоаналитики для видеонаблюдения
FCC запрещает авторизацию оборудования для китайских телекоммуникаций и оборудования для видеонаблюдения, которое считается угрозой национальной безопасности
Перенос локального видеонаблюдения в облако
Hanwha Techwin переименовывается в Hanwha Vision
Перспективы использования цифровых систем передачи изображения по радиоканалу
Датчики нейроморфного зрения в смартфонах
Ambarella добавляет новую SoC с поддержкой искусственного интеллекта для камер безопасности
