|
|
 |
|
 |
| |
Объективы для мегапиксельных камер: индивидуальный подбор
Основные технические параметры
Для
начала немного теории. Начнем с того, что любой объектив представляет
собой проекционную оптическую систему, основное назначение которой -
проецирование изображения наблюдаемой зоны с минимальными искажениями
на светочувствительную поверхность фотоприемника. Из длинного перечня
характеристик оптической системы "объектив - IP-камера", на которые
обязательно стоит обратить внимание, необходимо отметить следующие:
1. Разрешающая способность - определяет минимальный размер различимых по контрасту элементов изображения. Разрешение в оптике оценивается с помощью штриховых тестовых мир, представляющих собой мишень, как правило, на основе стеклянной пластины с нанесенными на ней штрихами.
Количество таких штрихов, приходящихся на единицу длины, при условии их визуального распознавания и является мерой оценки оптического разрешения. Если при проецировании такой миры на фотоприемник на получаемом изображении визуально можно различить штрихи, значит объектив разрешает данную пространственную частоту. Основную информацию о разрешении объектива несет указание в его технических характеристиках минимального размера пикселя, или количества линий на миллиметр, не только в центре, но и на краю (например, Resolution (Center, Corner) -100 lp/mm, 60 Ip/mm, то есть разрешение в центре -100, на краю - 60 линий на мм). Для аналоговых камер нормальным считалось разрешение в 30-60 линий на мм, у мегапиксельных это значение - от 150 и выше.
2. Оптический формат - размер формируемого изображения или матрицы. Едва ли не важнейшее значение имеет соответствие формата матрицы объектива и камеры. Для многих камер используется матрица в 1/2 дюйма. При этом большинство мегапиксельных объективов имеет размер матрицы 2/3 дюйма. Соответственно заявленные производителем характеристики требуют корректировки. Некоторые компании указывают их сразу, некоторые подобной "ерундой" себя не утруждают. За отсутствием информации приходится идти опытным путем, сравнивая схожие модели, где подобная информация указана официально. Для своей линейки камер мы взяли за основу соотношение 3 к 4. То есть объектив 2/3 дюйма с заявленным углом обзора по горизонтали в 40 градусов отношением сторон 4:3 даст угол в 30 градусов.
3. Фокусное расстояние - расстояние от оптического центра объектива до поверхности матрицы. С фокусным расстоянием напрямую связано такое понятие, как угол обзора объектива. Короткое фокусное расстояние дает широкий угол обзора, но сами объективы, как правило, не отличаются "дальнобойностью". По мере увеличения фокусного расстояния угол обзора камеры сужается, зато растет предельная дальность, на которой возможна детализация рассматриваемого объекта.
4. Светосила - определяется отношением эффективного диаметра передней линзы объектива к величине фокусного расстояния и характеризует чувствительность IP-камеры. Чем меньше значение указанного числа, тем лучше камера работает в условиях слабой освещенности. Объективы с маркировкой F1.4 сегодня едва ли не лучшие из тех, что есть на рынке.
Для мегапиксельных камер желательно подбирать объективы, хотя бы приблизительно соответствующие разрешению камеры. Для 1,3 мегапиксельных камер -объективы не менее 1 Мпкс, для 2 мегапиксельных - 1,5-2 Мпкс и т.д.
Мегапиксельные камеры характеризуются в первую очередь высокой разрешающей способностью, что предъявляет определенные и довольно жесткие требования к используемой на них оптике. Тщательный подбор и сочетание различных линз со сферическими и асферическими поверхностями (в изделиях ведущих производителей, как правило, используются только стеклянные линзы, причем самой тонкой шлифовки) позволяют устранить практически все возможные геометрические и хроматические аберрации, и в результате пользователь имеет в системе четкое и контрастное изображение, необходимое для точной идентификации объекта. При этом широкая апертура мегапиксельных объективов позволяет получать четкие изображения даже при низкой освещенности.
Практические расчеты
Разобравшись с терминами, переходим непосредственно к оптимальному построению системы "объектив - IP-камера". И начнем с... ПОДБОРА КАМЕРЫ!
Допустим, существует необходимость контролировать (и по возможности идентифицировать) всех проходящих через ворота шириной 5 м на территорию охраняемого объекта. Решение этой задачи в первую очередь зависит от возможностей камеры и лишь потом - от установленного на нее объектива. Хотя официального стандарта нет, большинство специалистов считают достаточными следующие параметры: обычное наблюдение (фиксация события) обходится цифрой в 80-100 точек на м; распознавание автомобильных номеров - 170-190 точек на м; идентификация личности - 250-270 точек на м и т.д. Имея заданную ширину объекта в 5 м и задачу контроля входящих, приходим к выводу, что оптимальной будет 2-мегапиксельная камера с разрешением 1600(H)x1200(W) (1600 делим на 270 - получаем 5,93 м). Вот теперь можно и подбором объектива заняться. Но для этого необходимо прежде всего установить соответствие объектива и камеры. Честно говоря, странно, что до сих пор зависимость картинки от объектива зачастую не рассматривается клиентами как прямая. Дескать, если характеристики камеры заявлены как 2 Мпкс, то и разрешение 1600 на 1200 мы получим при любом раскладе. Что бы ни "навинтили" в качестве оптики. И очень удивляются, что картинка с AV2100 и объективом "Хай Резо-люшн" (до 1 Мпкс) почему-то хуже той, что они видели при демонстрации, к примеру, на выставке. Для мегапиксельных камер желательно подбирать объективы, хотя бы приблизительно соответствующие разрешению камеры. Для 1,3-мегапиксельных камер - объективы не менее 1 Мпкс, для 2-мегапиксельных - 1,5-2 Мпкс и т.д. Иначе возможности камеры будут просто "зажаты" до уровня разрешения объектива. Следующий шаг - определение необходимого фокусного расстояния. У нас есть ширина контролируемой зоны - 5 м - и расстояние, на котором от проходной весит камера, - допустим, 20 м. Как раз для таких ситуаций на сайтах солидных компаний размещают 2 калькулятора, дающих четкий ответ на поставленный вопрос. Задаем известные параметры - 5 и 20 м и получаем, что необходим объектив с фокусным расстоянием 25,6 мм. Можно сделать расчет результирующего угла объектива - получим 14,23 градуса. Каждый выбирает то значение, которое ему более понятно. Особого внимания требует подбор объективов к камерам формата "день/ночь", использующим фильтр IR Cut-off. НАСТОЯТЕЛЬНО НЕ РЕКОМЕНДУЮ применять в этом случае обычные мегапиксельные модели. По крайней мере для камер с разрешением от 2 Мпкс и выше. Иначе вам придется внести в свой рабочий график обязательные акробатические упражнения со стремянкой утром и вечером - "ушедший" фокус будет требовать корректировки в светлое время суток и с наступлением сумерек. А вот объективы с буквами IR в маркировке -самое то! Смело ставьте и спите спокойно. Применение этих объективов позволяет избежать расфокусировки, 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. Объективы с ИК-коррекцией имеют специальный состав стекла и/или специальное напыление на стекло, которые практически полностью компенсируют эффект расфокусировки. Суть ее заключается в том, что коэффициент преломления и прозрачность материала линз остаются постоянными в широком диапазоне частот светового потока. Добавлю еще, что если в системе используется ИК-подсветка, то применение объективов с ИК-коррекцией является обязательным требованием.
Важные функции
При частой смене освещения на охраняемом объекте полезной может оказаться функция автодиафрагмы, когда открытие/закрытие диафрагмы объектива управляется сигналом, который поступает с камеры, оценивающей количество света, поступающего на матрицу фотоприемника. Хотя во многом востребованность этой функции - отголосок века аналоговых камер. В большинстве современных моделей мегапиксельных камер возможно добиться хорошей картинки при смене освещения и не прибегая к услугам автодиафрагмы. Как правило, хорошая IP-камера сама умеет подстраиваться под изменившиеся условия освещения. Коль скоро мы заговорили об автодиафрагме, не могу не обратить внимание на еще одно распространенное заблуждение. Считается, что в объективах с ручной диафрагмой приближение объекта наблюдения невозможно, единственная доступная функция - настройка фокусировки, а спектр применения таких объективов ограничен - обычно их используют в камерах, наблюдающих за входами на объекты. Это неверно. Точнее, верно только для "оптического" зума. Между тем многие модели мегапиксельных видеокамер обладают цифровым зумом самой камеры: двух-трехкратного приближения, достигаемого за счет того, что каждый объект в мегапиксельной камере описывается большим количеством точек по сравнению с аналоговыми, зачастую вполне достаточно...
Идеальные пары
Учитывая трехлетний опыт работы на рынке именно с мегапиксельными системами "камера -объектив", позволю себе несколько рекомендации, которые, надеюсь, не сочтут скрытой рекламой. Для камер с разрешением до 2 Мпкс и при расстоянии до рассматриваемого объекта не более 50-60 м, оптимальными, на наш взгляд, являются модели Computar М...-МР (М0814-МР/М1214-МР и т.д.). А из вариофокалов - Tamron 12VM412ASIR и Tamron 12VM1040ASIR.
2-3-мегапиксельные модели камер лучше всего "уживаются" с продукцией компаний KOWA (модели LM...JCM) и SpaceCom (JHF....M или МК), a KOWA LMVZ 3510-IR и KOWA LMVZ9020-IR являются "хитами" для камер формата "день/ночь".
Подбор объективов для камер с разрешением больше 3 Мпкс является наиболее трудным делом. Конечно, есть превосходные трансфокаторы с подобным и даже более высоким разрешением, вот только цена на них порой в разы превышает цену самой камеры. А из объективов с фиксированным фокусным расстоянием лучшим решением, на наш взгляд, является Fujinon серии HF... SA-1. Хотя говорят, что и у KOWA появились хорошие модели для 5-10 Мпкс. Любопытно будет попробовать.
Чтобы не платить дважды...
И последнее. Не стоит экономить на мелочах. Копеечная выгода сегодня завтра может обернуться серьезными потерями после установки комплекса на охраняемом объекте. Конкретный пример: на одной из выставок подошли к нам представители китайского производителя оптики. Продемонстрировали свою продукцию. Специалисты компании были в восторге - качество линз заслуживало всяческих похвал. Японцы не всегда могут обеспечить такое. А уж цена и вовсе была смешная - порядка 30 долларов за 3-мегапиксельный объектив. Казалось бы - вот оно, решение всех проблем. Хорошо, что не стали брать крупную партию, поостереглись. И правильно сделали. В ходе длительного теста выявилась интересная особенность - регулировочные винты и кольца объектива редко выдерживали больше 6-7 настроек. Фокус просто переставал строиться. Хотя к стеклу никаких претензий - удачные экземпляры успешно трудятся вот уже два года. Отсюда главный вывод: не хотите проблем - берите модели, рекомендованные производителем (поставщиком) для конкретной камеры.
Д.А. Торубаров
Генеральный директор компании Arecont Vision
Статья опубликована в журнате
"Системы безопасности" №4, 2010 год |
|
 |
|
 |
|
|
|
