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

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.

Две группы линз (вариатор и компенсатор) перемещаются относительно друг друга при помощи специального барабанного кулачка таким образом, что достигается эффект изменения масштаба изображения при сохранении сфокусированного изображения объекта. Можно себе представить, насколько важна механическая точность и долговечность движущихся частей для получения успешного результата при трансфокации.

Рис 3.42. Трансфокаторы

Многие фотографы-профессионалы трансфокаторам предпочитают объективы с фиксированным фокусным расстоянием. В широком смысле они правы, так как подвижные части трансфокатора всегда должны иметь определенный разброс при их производстве, в результате чего вариообъектив дает больше аберраций, чем объектив с фиксированным фокусным расстоянием. Поэтому качество оптики при определенной настройке вариообъектива никогда не может быть столь же высоким, как у объектива с соответствующим фиксированным фокусным расстоянием.

Однако для видеонаблюдения, когда разрешающая способность ПЗС-матрицы далека от разрешающей способности фотоаппарата, возможны компромиссы, и с неплохим результатом. Возможность непрерывного изменения углов обзора без физической смены объективов чрезвычайно полезна и практична.

Например, в случае, когда телекамеры смонтированы в определенных местах (например, на мачте или крыше здания), а требования к разрешающей способности не столь высоки, как для фотокамер.

Рис 3.43. Перемещение групп оптических элементов объектива с трансфокатором очень сложное и очень точное

Однако не стоит думать, что эволюция объективов с трансфокатором никогда не сможет приблизиться к качеству оптики объективов с фиксированным фокусным расстоянием.

Объективы с трансфокатором характеризуются кратностью (zoom ratio) или коэффициентом увеличения. Кратность равна отношению фокусного расстояния в режиме «теле» к фокусному расстоянию при настройке на самый широкий угол обзора. Обычно угол обзора в режиме «теле» уже, чем стандартный угол обзора, а в режиме широкоугольной съемки — он шире. Поскольку в режиме «теле» фокусное расстояние всегда больше, чем в широкоугольном режиме, то и кратность всегда больше единицы.

В видеонаблюдении наиболее популярны следующие типы трансфокаторов:

6х — шестикратное увеличение, наиболее часто используются фокусные расстояния: 6-36 мм, 8-48 мм, 8.5-51 мм и 12.5-75 мм.

10х — десятикратное увеличение, обычно 6-60 мм, 8-80 мм, 10-100 мм, 11-110 мм,16-160 мм.

15х — пятнадцатикратное увеличение, 6-90 мм, 8-120 мм.

За последние 5-10 лет миниатюрные поворотные купольные камеры стали очень популярными.

Большинство из них имеют встроенные вариообъективы с коэффициентом увеличения 12х, 16х или даже 18х. Обычно также присутствует и не менее чем шестикратное цифровое увеличение, что превращает эти миниатюрные купольные камеры в очень функциональные устройства. Конечно, цифровое увеличение не имеет ничего общего с оптическим, но в некоторых случаях оно поможет рассмотреть мелкие удаленные объекты. Такие купольные камеры имеют очень мощное оптическое увеличение и при этом остаются небольшими по размеру за счет использования ПЗС-матриц 1/4" Например, диаметр обычного модуля поворотной купольной камеры составляет около 12 см. Чем меньше матрица, тем меньше размеры оптики. Это, помимо снижения затрат на производство, было основной причиной уменьшения размеров матриц. Впрочем, читателю нужно понимать, что при производстве вариообъективов для ПЗС-матриц 1/4" требуется более высокая точность из-за миниатюризации компонентов.

Встречаются и другие коэффициенты увеличения, такие как 20х или даже 44х и 55х, но такие объективы очень дороги и поэтому их используют реже (Следует ПОМНИТЬ, ЧТО трансфокаторы с большим увеличением достаточно трудно юстировать на объекте, особенно работнику охраны в случае нештатной ситуации. К этому надо добавить и особо жесткие требования к креплению телекамеры с подобным объективом, с тем, чтобы вибрации, производимые транспортом, или порывы ветра не сказывались на настройке. Прим. ред.).

Вариообъективы также характеризуются относительным отверстием, F-числом или Т-числом. F-число в вариообъективах (о чем мы уже напоминали, когда обсуждали F-числа) относится к минимальному фокусному расстоянию. Например, для объектива 8-80 мм/1.8 F/1.8 относится к фокусному расстоянию 8 мм. F-число не постоянно в пределах изменения фокусного расстояния. Обычно при увеличении фокусного расстояния сначала оно остается постоянным, но после достижения некоторого значения фокусного расстояния, происходит ухудшение относительного отверстия (так называемый F-drop). Фокусное расстояние, при котором происходит F-drop, зависит от конструкции объектива. Но общее правило таково: чем меньше входная группа линз, тем сильнее проявляется F-drop; это одна из главных причин того, почему объективы с большим увеличением должны иметь большие элементы передних групп — с целью свести на минимум F-drop.

Вариообъективы, как и объективы с фиксированным фокусным расстоянием, могут иметь автоматическую диафрагму, диафрагму с ручной установкой или с сервоприводом. Хотя мы рассматривали автодиафрагмы в разделе, посвященном объективам с фиксированным фокусным расстоянием, но поскольку у диафрагм с сервоприводом имеются некоторые общие и некоторые индивидуальные особенности, то мы рассмотрим их здесь еще раз.

Вариообъективы с ручной установкой диафрагмы снабжены кольцом диафрагмы, настраиваемым вручную установщиком или пользователем. Такой тип объективов редко используется в видеонаблюдении, только в особых случаях — во время демонстрации или тестирования телекамер.

Вариообъективы с автоматической ирисовой диафрагмой, или автодиафрагмой (AI), используются наиболее часто. Такие объективы снабжены встроенной электронной схемой, работающей по принципу электронно-оптической обратной связи. Она обычно подключается к разъему на задней стенке телекамеры, с которого поступает напряжение питания (9 В постоянного тока) и видеосигнал. Электроника объектива анализирует уровень видеосигнала и управляет диафрагмой: если видеосигнал превышает 0.7 В, диафрагма будет прикрываться до тех пор, пока уровень видеосигнала на разъеме автодиафрагмы не достигнет 0.7 вольт. Если же уровень сигнала слишком низок, то диафрагма раскрывается, пропуская больше света и увеличивая уровень видеосигнала.

Pиc. 3.44. Подсоединение автодиафрагмы вариообъектива к телекамере

Рис. 3.45. Вариообъектив с автодиафрагмой и регулировками Level и ALC

Этот тип объективов допускает две возможности регулировки (как и в случае объективов с фиксированным фокусным расстоянием): Level и ALC.

Level регулирует опорный уровень видеосигнала, используемый электронной схемой объектива для увеличения или уменьшения отверстия, создаваемого лепестками ирисовой диафрагмы. Это влияет на яркость изображения. Если уровень не настроен соответствующим образом, то есть неадекватно чувствителен к условиям дневной и слабой освещенности, то возникнет слишком большое расхождение между дневным и ночным видеосигналом. Понятно, что при настройке уровня диафрагмы для условий низкой освещенности нужно учитывать чувствительность телекамеры.

Настройка ALC связана с автоматической регулировкой освещенности. Фактически это очень похоже на компенсацию встречной засветки (BLC) в камкордерах. Компенсация освещенности обычно применяется для сцен с очень высоким контрастом. Идея, лежащая в основе BLC, заключается в том, чтобы больше раскрыть отверстие диафрагмы (даже если освещенность фона очень велика), чтобы стали видны детали объектов, находящихся на переднем плане.