Оптика. Объектив видеокамеры.
Оптика. Объектив видеокамеры
За последние несколько лет сменилось несколько поколений видеокамер — ушли в прошлое видиконы, нормой стали цифровая обработка сигнала и многочисленные другие электронные ухищрения. Однако одно осталось неизменным — объектив. Набор стёклышек, создающих на светочувствительном приборе изображение не менялся чуть ли не со времён Галилея, создавшего двухлинзовую зрительную трубу. С тех пор изменились способы расчёта линз, однако конструкция объектива в общих чертах сохранилась. И нередко именно параметры объектива ограничивают возможности системы видеонаблюдения.
Геометрическая оптика (идеальная линза)
Если помните, в школьном курсе физики всегда рассматривалась «идеальная линза» — бесконечно тонкая, зато бесконечно большого диаметра. У неё есть один- единственный параметр — фокусное расстояние.
Угол зрения
Это действительно основной параметр — именно он определяет угол зрения камеры с таким объективом. Чем больше фокусное расстояние — тем меньше угол зрения. Зато тем более удалённые цели можно уверенно различить на экране монитора. На рисунке 1 — иллюстрация в стиле «школьной оптики». Главное, что из неё можно вынести (рис.2) — что чем больше расстояние до объекта наблюдения, тем больше нужно брать фокусное расстояние. И чем больше матрица камеры, тем больше фокусное расстояние, тоже.
Разрешение и необходимый угол зрения
Нередко при проектировании системы ставится одна задача — видеть как можно больше, угол зрения как можно шире, чтоб ни один враг не проскользнул мимо камеры. Однако есть проблема — чем больше предметов видны в кадре, тем мельче каждый из них, тем труднее их различить. Поэтому в рекомендациях Британского МВД (рис.3) говорится, что для уверенного опознания знакомого человека он должен быть примерно в половину кадра по высоте. Точнее говоря, рекомендуется, чтобы поле зрения по горизонтали было 5 метров. Для самых распространённых камер (с матрицей 1/3″) это означает, что фокусное расстояние в миллиметрах должно быть равно расстоянию до человека в метрах — очень легко запомнить! Если вам нужно опознать человека на расстоянии 50 метров — нужен объектив 50 мм. Или наоборот — с объективом 4 мм вы уверенно опознаете человека на расстоянии до 4 метров. Честно говоря, «рекомендации» даются с запасом — на плохую погоду, на то, что видеосигнал будет записан на магнитофон, на то, что человек не стремится, чтобы его опознали — короче, на самом деле при непосредственном наблюдении на экране монитора человека вполне можно узнать на расстоянии раза в 2 больше «рекомендованного», но запас, как известно, карман не тянет — хотите быть уверенными в надёжном результате, слушайтесь «рекомендации». Тем более, что для опознания незнакомого человека (по фотографии) рекомендуется вдвое более крупный план.
Пересчёт на другие условия
А теперь, когда вы запомнили базовую рекомендацию, при необходимости можете легко пересчитать на другой размер матрицы или на другие требования к различимости.Поле зрения (как видно из рисунка 1) прямо пропорционально расстоянию до объекта, прямо пропорционально размеру мишени камеры и обратно пропорционально фокусному расстоянию:
(поле зрения) = (размер матрицы)*(расстояние до объекта) / (фокусное расстояние).
Так, например, для камеры с матрицей 1/2″ фокусное расстояние должно быть в полтора раза больше, чем для матрицы 1/3″. Или, например, для «обнаружения человека» (требуемое поле зрения в 4 раза больше, чем для «опознания») с камерой 1/3″ можно применять объектив вчетверо короче — то есть на расстоянии 50 метров можно применять объектив 50/4 = 12 мм.