CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Рис. 3.36. Различные калькуляторы для выбора объективов

Переносная телекамера с трансфокатором (камкордер). Это довольно простой и практический метод, особенно в наше время, когда есть такой огромный выбор камкордеров с встроенными трансфокаторами. Нам необходимо знать размер ПЗС-матрицы камкордера, чтобы соотнести его с размером ПЗС-матрицы телекамеры в проектируемой видеосистеме. Ясно, что хорошо иметь камкордер с большим коэффициентом трансфокации, однако более важно, чтобы на его объективе были нанесены значения фокусного расстояния. Когда мы используем камкордер на месте установки телекамеры, у нас есть дополнительное преимущество: мы можем показать заказчику особенности установки и задокументировать его выбор (Более эффективным для этой цели является использование специального сервисного видеомонитора с питанием от аккумулятора и телекамеры с набором объективов, имеющих различные фокусные расстояния. Прим. ред.).

Рис. 3.37. Оптический видоискатель для определения фокусного расстояния объектива

Использование простой формулы. Может показаться, что это самый сложный способ определения углов обзора, но на самом деле он самый простой. В этой формуле используется подобие треугольников (см. рис. 3.38). Это просто, а потому такой расчет легко выполнить в любой момент, как только возникнет такая необходимость. Единственное, что нужно помнить, это ширину ПЗС-матрицы, которая для наиболее часто используемых телекамер соответственно равна: 6.4 мм для 1/2", 4.8 мм для 1/3", и 3.4 для 1/4" матрицы.

Эта формула дает фокусное расстояние в миллиметрах:

f = cПЗСd/WОБЪЕКТ

Рис. 3.38. К выводу простой формулы «выбора объектива»

где f — это фокусное расстояние объектива (мм), сПЗС — это ширина ПЗС-матрицы (мм), d — это расстояние от телекамеры до объекта (м) и WОБЪЕКТ — это ширина объекта, который мы собираемся наблюдать (м).

Можно воспользоваться аналогичной формулой в том случае, когда мы хотим найти фокусное расстояние объектива, с помощью которого можно было бы видеть определенную высоту объекта, но в этом случае вместо WПЗС и WОБЪЕКТ следует использовать hПЗС и hОБЪЕКТ, где h обозначает высоту.

Использование более сложной формулы. Эта формула даст результирующий угол обзора в градусах. Она основывается на элементарной тригонометрии и требует калькулятора или тригонометрических таблиц.

Рис. 3.39. К выводу более сложной формулы для вычисления угла обзора объектива

а = 2arctg(Woбъект/2d),

где a — это угол обзора (град), Wобъект — ширина объекта (м) и d — расстояние до объекта (м), на который направлена телекамера.

Использование таблицы и/или графика. Ими легко пользоваться, но таблица или график всегда должны быть под рукой.

Таблица 3.1. Приблизительный горизонтальный угол обзора при различных размерах ПЗС-матриц (в градусах)

В этой таблице даются только горизонтальные углы обзора для конкретных объективов, так как это требуется наиболее часто. Вертикальные углы легко определить, используя отношение сторон ПЗС-матрицы, то есть разделив горизонтальный угол на 4 и умножив на 3 (С ЭТИМ нельзя согласиться, так как арктангенс является нелинейной функцией. Прим. ред.).

(Следует отметить, что при использовании таблиц нужно применять интерполяцию, так как редко требуемое значение точно соответствует значению, указанному в таблице. С другой стороны, намного удобнее использовать специальные компьютерные программы, позволяющие автоматизировать указанные вычисления. Прим. ред.)

Во всех перечисленных методах нам приходится учитывать обратный ход разверток видеомонитора. Другими словами, большинство видеомониторов не показывает 100 % того, что видит телекамера. Обычно 10 % изображения не видно вследствие обратного хода разверток. С помощью калькулятора видоискателя можно учесть эти 10 %.

Некоторые профессиональные видеомониторы имеют опцию отображения обратного хода разверток. Если у вас есть такой видеомонитор, с его помощью вы можете оценить степень потери части изображения на обычном видеомониторе. Это очень важно знать при тестировании телекамер, о чем будет рассказано позже.

В системах видеонаблюдения используются два основных типа объективов (в отношении их фокусного расстояния): объективы с фиксированным и с переменным фокусным расстоянием (вариообъективы).

Объективы с фиксированным фокусным расстоянием, о чем говорит их название, имеют постоянное фокусное расстояние, т. е. дают только один угол обзора. Такие объективы обычно изготавливаются с минимальными аберрациями и максимальной разрешающей способностью и содержат минимальное количество подвижных оптических элементов — перемещается только фокусировочная группа.

Качество объективов зависит от многих факторов, самыми важными из которых являются используемые материалы (тип стекла, механические элементы, шестерни и пр.), технология изготовления и сама конструкция.

Когда производитель создает конкретный тип объектива, он всегда думает о том, как и где этот объектив будет использоваться. Качество проектируемого объектива определяется требованиями рынка и практики. Как уже упоминалось выше, когда мы обсуждали ФПМ и ЧКХ, нет никакой необходимости усиливать технические требования к точности и качеству (и соответственно увеличивать стоимость), если это не будет восприниматься фотоприемником (в нашем случае ПЗС-матрицей). Однако это не означает, что все модели и версии объективов с одним и тем же фокусным расстоянием одинаковы. Обычно цена идет рука об руку с качеством.

Более двух десятков лет назад, когда широко использовались 1" телекамеры, 25-мм объективы давали нормальный угол обзора (примерно 30° по горизонтали).

По мере эволюции форматов, то есть с их уменьшением, фокусное расстояние нормального угла обзора тоже уменьшалось. А резьба крепления оставалась такой же — в целях совместимости.

Для С-крепления резьба обозначалась V-32UN-2A, что означает: диаметр резьбы 1 дюйм, шаг резьбы 32 нитки на дюйм. Когда же появился новый формат — CS — то старый тип резьбы был оставлен для совместимости, хотя расстояние от фланца объектива до фокальной плоскости изменилось. Но этот вопрос мы поясним позже в этой главе.

По типу диафрагмы выделяются две основные группы объективов с фиксированным фокусным расстоянием: диафрагмы с ручной установкой (Ml) и автоматические диафрагмы (Al), мы их рассматривали в предыдущем разделе.

И, наконец, давайте упомянем здесь группу объективов с переменным фокусным расстоянием — вариообъективы. Эти объективы следует относить к группе объективов с фиксированным фокусным расстоянием, так как, если они вручную настроены на конкретный угол обзора (фокусное расстояние), то приходится их заново фокусировать, в отличие, например, от вариообъективов с сервоуправлением, которые будучи единожды сфокусированы, остаются в фокусе даже при изменении угла обзора. (Едва ли можно согласиться с этим утверждением автора. Вариообьективы с ручным управлением позволяют изменять фокусное расстояние, и потому их нельзя отнести к объективам с фиксированным фокусным расстоянием. Это отдельная небольшая, но самостоятельная группа объективов. Прим. ред.)

Рис. З.40. Объектив с ручной диафрагмой и объектив с автодиафрагмой

Рис 3.41. Резьбовое отверстие С-крепления

На заре телевидения, если кинооператору требовался объектив с другим фокусным расстоянием, он использовал специально спроектированный барабан, снабженный комплектом объективов с фиксированным расстоянием, который мог поворачиваться перед телекамерой. Выбирая соответствующий объектив из этой группы, можно было установить различное фокусное расстояние.

Эта концепция, на практике сравнимая с ручной переустановкой объектива, не обеспечивала непрерывность в выборе фокусного расстояния, и, что еще более важно, невозможно было избежать оптического затемнения, сопровождавшего процесс выбора нового объектива.

Вот почему инженеры вынуждены были задуматься о создании устройства, обеспечивающего непрерывное изменение фокусного расстояния, и такие устройства стали называться трансфокаторами (по-английски ZOOM, что означает «взмывать», «набирать высоту», иначе — изменять масштаб изображения, увеличивать изображение. Прим. ред.). Идея такого объектива заключается в одновременном перемещении нескольких групп линз. Траектория перемещения, конечно же, направлена вдоль оптической оси, но перемещение происходит с оптической точностью и нелинейной корреляцией. Из-за этого не только оптическая, но и механическая конструкция такого объектива очень сложна и чувствительна. Однако такая конструкция была создана и, как мы знаем, трансфокаторы очень популярны и широко используются как в видеонаблюдении, так и в телевизионном вещании.