Какой объектив нужен для камеры видеонаблюдения?

Даже самый незначительный компонент в системе видеонаблюдения играет важную роль в получении качественной картинки. Без объектива невозможна работа ни одной камеры, а его выбор напрямую оказывает влияние на качество изображения.  Хороший объектив даже с самой недорогой видеокамерой позволит получить классное изображение. В то же время, даже самое дорогое оборудование окажется бессмысленной тратой денег, если на него поставить некачественную оптику.

Объектив создаёт изображение в форме круга (image circle), а в камерах типа CCTV чувствительный элемент имеет прямоугольную форму (image size), поэтому получается прямоугольное изображение внутри круга (image circle). Отношение горизонтального размера сенсора к вертикальному называется форматным соотношением (aspect ratio) и для стандартной CCTV камеры это соотношение равно 4:3.

      

 

Посмотрим, на что следует обращать внимание при покупке объектива для камеры видеонаблюдения.

Современные объективы подразделяются на 3 основных типа:

• Монофокальные. По-другому их еще называют статическими или фиксированными. У данных объективов величина фокусного расстояния зафиксирована и не может меняться, например, 3,6 мм, 12 мм и так далее. Они просты в установке и стоят сравнительно недорого, но произвести фокусировку на объекте или изменить угол обзора в этом случае не удастся. Видеокамера, оснащенная таким объективом, прекрасно подойдет для установки в углу и охватывать область 10 на 10 метров. 
• Варифокальные. Они уже позволяют регулировать  фокусное расстояние и угол обзора. Другое дело, что это происходит в диапазоне значений, например 3,6 мм – 8 мм. Конечно, для них свойственна уже большая универсальность, но и стоят они дороже монофокальных. Чтобы производить настройку, понадобится произвести ручную фокусировку.
•  Трансфокаторные, или зум-объективы - это самые универсальные устройства. Дают возможность регулировки угла обзора, а также масштабирования выбранного участка объекта. Особенно востребованы в случае применения поворотных видеокамер, поскольку множество параметров можно изменять дистанционно, при помощи пульта управления. По своей стоимости относятся к наиболее дорогим объективам. 

 Объективов с переменным значением  обладают и определенными недостатками, кроме своей высокой цены:

Материал корпуса объектива и линзы

При выборе объектива следует обратить внимание на материал, из которого он произведен. С одной стороны, материал, никакого влияния на качество записи не оказывает, но пластиковый корпус может легко подвергаться деформации при малейшем ударе. Это со временем приведет к повреждению линз, находящихся внутри и вследствие вызовет изменение углов обзора или снижения разрешения. Что касается самих линз, то они могут быть выполнены также из пластика. В этом случае они будут стоить дешевле, но со временем могут помутнеть. Это не сможет не сказаться на качестве картинки, которую фокусирует объектив. 

Разрешение и формат матрицы

Чаще всего для видеонаблюдения применяются форматы матриц от 1/3 до ½.  Даже на минимальном фокусном расстоянии по углам проявятся черные пятна. Производители объективов обозначают их разрешение так, чтобы было понятно подходит ли по этому параметру объектив камере, в которой он будет использоваться. Но реальное разрешение объективов указывается не в мегапикселях, а в виде «линии/мм». Линзы изготавливаются таким образом, что оптическое разрешение снижается к краям объектива по сравнению с центром. Поэтому при выборе нужно уточнять, насколько оптика может создавать высокое разрешение не только по центру, но и по краям. 

Соответствие между углом зрения и размером сенсора

Камеры с различными размерами сенсоров (такими как 1/4", 1/3", 1/2", 2/3" и 1") и с одинаковым фокусным расстоянием, обладают различными углами зрения. Если объектив предназначен для работы с большим размером сенсора, то он вполне подойдёт и для работы с сенсором меньшего размера. Однако, если объектив предназначен для работы с сенсором формата 1/3", а будет использоваться с сенсором формата 2/3", то у изображения на мониторе будут тёмные углы.

Параллельный пучок света, падающий на поверхность выпуклой линзы, сходится в точке на оптической оси. Эта точка называется фокальной точкой линзы. Расстояние между главной точкой оптической системы и фокальной точкой называется фокусным расстоянием (focal length). Для одиночной тонкой линзы фокусное расстояние - это расстояние от центра линзы до фокальной точки. При увеличении фокусного расстояния возрастает различимость мелких деталей, но уменьшается угол обзора.

Этот показатель должен подбираться под размер участка наблюдения. Например, если в объектив камеры попадут другие хорошо освещенные предметы вблизи, то в таком случае время экспозиции будет автоматически уменьшено согласно усредненному показателю освещенности в кадре. Фокусное расстояние считается важнейшим аспектом, определяющим, насколько широко и далеко будет видеть видеокамера. Его измеряют в миллиметрах – это расстояние я между крайней точкой объектива и видеоматрицей, на которую передается изображение. Самое частое значение фокусного расстояния в современных камерах – это 3,6 мм. Это примерно подобно тому углу зрения, которым обладает человеческий глаз. Такие объективы широко использованы в небольших офисных либо жилых помещениях. Фокусное расстояние объектива  определяет угол зрения. Более широкий угол обеспечивается меньшим фокусным расстоянием. И наоборот - чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения объектива. Нормальный угол зрения ТВ-камеры эквивалентен углу зрения человека, при этом объектив имеет фокусное расстояние, пропорциональное размеру диагонали видео сенсора.

Примерное фокусное расстояние, необходимое для обеспечения угла зрения 30° по горизонтали

Объективы принято делить на: 

• нормальные 
• короткофокусные (широкоугольные)  
• длиннофокусные (телеобъективы)

Объективы, фокусное расстояние которых может изменяться более чем в 6 раз, называются ZOOM-объективами (объективами с трансфокатором). Данный класс объективов применяется при необходимости детального просмотра объекта, удалённого от камеры. Например, при использовании ZOOM-объектива с десятикратным увеличением, объект, находящийся на расстоянии 100 м, будет наблюдаться как объект, удаленный на расстояние 10 м. Наиболее часто используются ZOOM-объективы, оборудованные электроприводами для управления диафрагмой, фокусировкой и увеличением (motorized zoom). Управление камерой, оборудованной таким объективом, оператор может осуществлять удалённо.

Минимальное расстояние до объекта показывает, насколько близко при съёмке объектив можно приблизить к объекту. Это расстояние измеряется от вертекса передней линзы объектива.

Задний фокус (back focal length) - расстояние межу вертексом крайней линзы и сенсором.

Совместимость с адаптерами C-mount и CS-mount

Рабочий отрезок (flange distance) - расстояние от плоскости, на которую крепится объектив до фокальной плоскости (в воздухе). Для переходника C-mount это расстояние равно 17,526 мм (0,69"), а для переходника типа CS-mount это расстояние равно 12,526 мм (0,493"). Резьба CS-mount и C-mount имеет диаметр 25,4 мм (1") и шаг 0,794 мм (1/32").

Современные видеокамеры и объективы могут иметь разные типы крепления. К камере с посадочным местом "CS - типа" крепятся объективы "CS - типа". С помощью дополнительного переходного кольца на камеру с посадочным местом "CS - типа" можно установить объектив "С - типа". Кольцо устанавливается между камерой и объективом. Камера с посадочным местом "C - типа" несовместима с объективом "CS - типа", так как невозможно получить сфокусированное изображение.

Относительное отверстие

Обычно объектив имеет два значения относительного отверстия - (1:F) или апертуры. Максимальное значение F - минимальное значение F; полностью открытая диафрагма - F минимально, максимальное F - диафрагма закрыта. Значение F влияет на выходное изображение. Малое F означает, что объектив пропускает больше света, соответственно, камера лучше работает в тёмное время суток. Объектив с большим F необходим при высоком уровне освещённости или отражения. Такой объектив будет препятствовать "ослеплению" камеры, обеспечивая постоянный уровень сигнала. Все объективы с автодиафрагмой используют фильтр нейтральной плотности для увеличения максимального F. Апертура (F) влияет так же и на глубину резкости.

Глубина резкости

Глубина резкости показывает, какая часть поля зрения находится в фокусе. Большая глубина резкости означает, что большая часть поля зрения находится в фокусе (при закрытой диафрагме возможно достижение бесконечной глубины резкости). Малая же глубина резкости позволяет наблюдать в фокусе лишь небольшой фрагмент поля зрения. На глубину резкости влияют определённые факторы. Так, объективы с широким углом зрения обеспечивают, как правило, большую глубину резкости. Высокое значение F свидетельствует также о большей глубине резкости. Наименьшая глубина резкости возможна ночью, когда диафрагма полностью открыта (поэтому объектив, сфокусированный в дневное время, ночью может оказаться расфокусированным).

Диафрагма (автоматическая или ручная)

Этот элемент отвечает за регулировку объема светового потока, который попадает на видеоматрицу. Простые модели отличаются фиксированным значением диафрагмы, другими словами, они не годятся для видеозаписи на тех объектах, где часто меняется показатель освещенности – например, внутри помещений. Другие объективы могут «похвастаться» автоматической диафрагмой. Она представляет собой мини-двигатель, крепящийся к объективу и изменяющий количество проходящего света. Благодаря такой опции можно добиваться более высокого качества изображения, даже при недостаточном освещении.  Существует и такой параметр, который именуется числом диафрагмы – другими словами, оно обозначает критерий светосилы объектива. 

Объектив с автодиафрагмой служит для достижения требуемого качества изображения. У такого объектива есть кабель, по которому осуществляется управление. Используя контроллер с ЦАП, можно программным образом изменять фокусное расстояние и диафрагму такого объектива (при отсутствии электропитания диафрагма полностью закрыта). У некоторых объективов таким образом можно менять либо фокус, либо диафрагму.

Как определить необходимое фокусное расстояние объектива

Для выбора объектива для конкретного приложения нужно принять во внимание следующие моменты:

• Поле зрения (Field of View - размер области съёмки)

• Рабочее расстояние (Working Distance, WD) - расстояние от объектива камеры до объекта или до области наблюдения

•  Размер матрицы видео сенсора (CCD Sensor)

Фокусное расстояние объектива = размер сенсора x рабочее расстояние / размер области съёмки

Пример: если есть видеокамера формата 1/3" (т.е. горизонтальный размер сенсора 4,8 мм), то для рабочего расстояния 305 мм и размера области съёмки 64 мм получаем фокусное расстояние объектива 23 мм.

Это очень приблизительный подход, но, тем не менее, он в общих чертах описывает процедуру расчёта фокусного расстояния объектива.

 

Мегапиксельные объективы

Это оборудование получило распространение благодаря все большей популярности IP-камер. Они отличаются полным разрешением и высокой контрастностью. Достигается это особым качеством основных элементов. Ведущие известные производители используют в своих изделиях стеклянные линзы, подлежащие сверхтонкой шлифовке. Если правильно подобрать сочетание линз и тщательно рассчитать механические свойства конструкции, это позволит сделать оборудование максимально точным. Такие объективы отличаются сверхпрочным корпусом, который надежно защищает оборудование от толчков, ударов, вибраций, а также от неблагоприятной температуры окружающей среды. Даже в условиях слабой освещенности они гарантируют крайне четкое изображение благодаря своей широкой апертуре. Распознавание изображений получается предельно точным с одновременным снижением уровня искажений. Основное преимущество такого оборудования связано с его повышенной разрешающей способностью. Даже в случае с камерой высокого разрешения обычный объектив будет ухудшать ее реальное разрешение. А вот мегапиксельный аналог отлично справится с прекрасной детализацией, особенно по углам картинки. Кроме того, такое оборудование оснащается опцией ИК-коррекции. Это важный параметр, который в случае с камерами типа «день и ночь» предотвратит расфокусировку картинки при переходе камеры на ночную запись. 

На каком объективе все же определиться?

На практике заказчики чаще всего выбирают оборудование с универсальными параметрами, простое в эксплуатации и настройках. Оно оснащается автоматической регулировкой диафрагмы, а объектив вариофокального типа со сменой фокусного расстояния. Выбор угла обзора зависит от того места, где будет установлена видеокамера: узкоугольный объектив (3-30°) применяют по периметру сооружения, для ведения записи в коридорах, на лестницах, вдоль заборов и ограждений; средний угол обзора составляет 30-70°. Такое оборудование найдет себя при наблюдении за прилегающей территорией, а также в помещениях средней площади; широкоугольный объектив (угол 70-95°) отлично проявит себя при наблюдении за входной дверью или в помещении с размерами 10 Х 10 метров. На самом деле, выстроить эффективную систему видеонаблюдения, не переплачивая за это баснословных денежных средств, весьма непросто. Заказчик должен четко понимать, что в создании изображения огромную роль играет объектив. 

Выбирайте вариант, который подходит именно вам, и совершайте заказ!