Некоторые считают качество оптики в системах видеонаблюдения доказанным. С повышением разрешающей способности телекамер и с миниатюризацией ПЗС-матриц мы все ближе подходим к пределу разрешающей способности, определяемому оптикой, поэтому нам требуется знать несколько больше, чем среднему технику. В этой главе обсуждаются, опять же в упрощенном виде, наиболее общие оптические термины, концепции и устройства, используемые в системах видеонаблюдения.

Преломление

Самая первая и основная концепция, с которой следует ознакомиться, это концепция преломления и отражения.

Когда луч света, распространяющийся в воздухе или вакууме, попадает в плотную среду, вроде воды или стекла, его скорость снижается в η раз (η всегда больше 1); η называется показателем преломления. Различные среды (прозрачные для света) имеют различные показатели преломления. Например, скорость света в воздухе составляет 300000 км/с (и почти столько же в вакууме). А когда луч света проходит через стекло, показатель преломления которого равен 1.5, скорость уменьшается до 200000 км/с.

Согласно волновой теории света уменьшение скорости света отражается в уменьшении длины волны. Это явление представляет собой основу концепции преломления. Если луч света падает на поверхность стекла перпендикулярно, длина световой волны уменьшается, но когда луч покидает стекло, скорость восстанавливается до нормального значения, т. е. восстанавливается начальная «воздушная длина волны», и свет продолжает распространяться в том же направлении. Однако же, если луч света падает на поверхность стекла под любым другим углом, получаются интересные вещи: луч (в этом случае он рассматривается с точки зрения волновой природы света) имеет фронт, который не одновременно пересекает стекло (потому что падает под углом). Часть фронта, которая первой попадает в новую среду, «замедляется» первой. Конечным результатом становится преломление луча света, т. е. луч слегка отклоняется от первоначального направления. Величина отклонения зависит от оптической плотности среды.

Чем плотнее среда, т. е. чем выше показатель преломления, тем больше луч отклоняется от первоначального направления.

Существует очень простое соотношение между углами падения и отражения и показателями преломления двух различных сред. Это соотношение было открыто голландским физиком Виллеброр-дом Снелиусом в начале XVII века. Используя простые вычисления, мы можем определить углы отражения в различных средах. Мы рассмотрим это позже, при вычислении углов полного отражения и числовой апертуры в волоконной оптике.

На рис. 3.1 основы преломления пояснены графически; здесь предполагается, что на стекло падает монохроматический (одной частоты) луч света. На рисунке также показано, что определенный процент падающего света всегда отражается обратно в воздух (или вакуум), но в случае стекла этот процент очень мал.

Теория преломления и отражения будет использоваться в последующих разделах, когда мы будем рассматривать теорию линз и волоконной оптики.

Рис. 3.1. Рефракция света и закон Снелиуса

Линзы как оптические элементы

Есть два основных типа линз: выпуклые и вогнутые.

Линзы первого типа, выпуклые, имеют положительное фокусное расстояние, т. е. действительный фокус, и называются такие линзы увеличивающими, так как они увеличивают изображение объекта.

Линзы второго типа, вогнутые, имеют отрицательное фокусное расстояние, т. е. мнимый фокус, они уменьшают изображение объекта.

Каждая линза характеризуется следующими основными параметрами:

• оптическая плоскость (плоскость, проходящая через центр линзы);

• оптическая ось (ось, перпендикулярная оптической плоскости и проходящая через ее центр);

• фокус (точка пересечения лучей, падающих параллельно оптической оси);

• фокусное расстояние (расстояние между оптической плоскостью и фокусом в метрах);

• диоптрии (величина, обратная фокусному расстоянию, выраженному в метрах).

В зависимости от физических размеров и типа поверхности существует множество различных типов линз: плосковыпуклые, выпукло-вогнутые, плосковогнутые и т. д. Название типа многое говорит о физическом строении линз, при этом «плоско» означает, что одна из двух поверхностей линзы плоская.

Чтобы скорректировать различные искажения (аберрации), вызванные рядом факторов, приходится объединять различные типы линз.

В качестве примера, поясняющего необходимость коррекции, давайте рассмотрим солнечный луч, падающий на призму (рис. 3.5).

Нам всем знаком эффект радуги, возникающей на второй стороне призмы. Эффект возникает из-за того, что «белые» солнечные лучи содержат все длины волн (т. е. цвета), которые только может различать человеческий глаз. Поскольку все эти лучи входят в стекло призмы с показателем преломления п^^, то различные длины волн меняются в несколько разной степени (пропорционально их частоте), таким образом создавая радугу на второй стороне призмы. Это реальное разложение белого света. Красному цвету соответствует самая большая длина волны (низкая частота), и поэтому его преломление наименьшее. Фиолетовому цвету соответствуют самые короткие волны (наибольшая частота), и поэтому он больше всего преломляется.

Рис. 3.3. Выпуклая и вогнутая линзы

Аналогичный эффект возникает в изумительной радуге после дождя, когда происходит преломление и отражение солнечных лучей в капельках дождя.

Несмотря на впечатляющий эффект этого явления, оно нежелательно при создании линз.

Выпуклая линза может быть аппроксимирована большим количеством маленьких призм, прилегающих друг к другу и образующих мозаику. Понятно, что изображение, созданное такой линзой на основе дневного света (что происходит наиболее часто), будет разлагаться на основные цвета так же, как это происходит в случае разложения света призмой.

Это означает, что когда белые лучи падают на простую выпуклую линзу, то разным цветам будут соответствовать разные фокусные расстояния. Это нежелательный эффект, называется он цветовым искажением линзы или хроматической аберрацией.

Итак, следует четко понимать, что причины хроматической аберрации кроются не столько в недостатках изготовления линзы (хотя и это не исключено), сколько в физическом процессе разложения белого света на основные длины волн при прохождении света сквозь единичный элемент линзы.

Рис. 3.4. Различные оптические элементы

Рис. 3.5. Разложение белого света призмой

Хроматическая аберрация может быть минимизирована объединением выпуклых и вогнутых линз, при этом белый луч вначале разделяется выпуклой линзой на «дисперсную радугу», а затем «собирается обратно» вогнутой линзой благодаря обратному эффекту вогнутой линзы (относительно угла падения).

Если две линзы (выпуклая и вогнутая) тщательно подобраны (по толщине и фокусным точкам), то лучи всех цветов собираются в одном и том же фокусе. Этого можно достичь лишь благодаря тщательному подбору выпукло-вогнутых пар, сохраняющих требуемое фокусное расстояние, как у одноэлементной линзы. Для скрепления двух линз используется специальный прозрачный клей.

Мы привели здесь самый простой пример того, почему для создания линзы с определенным фокусным расстоянием требуются многочисленные оптические элементы.

Имеется множество других оптических искажений, не только хроматическая аберрация, но и геометрическая («подушкообразное» и «бочкообразное» искажения), сферическая и пр. Название само подсказывает, какой тип искажения накладывается на изображение. Эти искажения могут быть исправлены добавлением в систему дополнительных оптических элементов.

При проектировании линз оптикам приходится балансировать между максимально возможной коррекцией (чтобы получить изображение высокого качества) и минимальным числом оптических элементов (с целью экономии и технологической приемлемости).

Можете себе представить, сколько возможных комбинаций придется перебрать, если вы проектируете объектив с заданным фокусным расстоянием, состоящий из полудюжины (или более) различных оптических элементов. Раньше оптикам при проектировании линз с заданным фокусным расстоянием и размерами приходилось работать совместно с математиками и проделывать сотни и сотни вычислительных операций вручную. Физические размеры, фокусное расстояние, абсолютное и относительное расположение элементов — это все переменные. Единственный способ найти подходящую комбинацию для известного фокусного расстояния — это мучительно долгий итерационный процесс.

Рис. 3.6. Коррекция хроматической аберрации

Рис. 3.7. Система линз с диафрагмой

Очевидно, желаемым результатом было получение объектива хорошего качества с минимальным количеством оптических элементов. Поскольку задача эта довольно непростая, то производители регистрировали конкретную конструкцию объектива, выполненного по их «рецепту»: сколько линз использовано, чему равно фокусное расстояние, как расположены оптические элементы. Вот почему в кинематографии и фотографии мы все еще можем встретить линзы конкретных производителей, вроде «Planar», «Xenar». Такие имена — это запатентованные проекты объективов для конкретных размеров и фокусного расстояния.

Сегодня, в век компьютеров, существует множество профессиональных программ для оптического моделирования. Оптимальные результаты вы можете получить всего за несколько минут, при этом в систему будет включено лишь необходимое число оптических элементов, но достаточное для корректировки всех оптических искажений.

Вот почему объективы с определенным фокусным расстоянием (одинаковым углом зрения) имеют столь разные цены, размеры и качество изображения.

Качество объектива зависит от многих факторов и не стоит считать его гарантированным. Особенно важно это для вариообъективов, ведь при их проектировании так много переменных. Вариообъективы широко используются в наиболее крупных системах видеонаблюдения, так что при их выборе нужно быть очень внимательным.

Простых правил на этот счет не существует, и лучшее, что можно предложить — провести тестирование и сравнение.

Рис. 3.8. Типичная маркировка объектива для видеонаблюдения

Факторы, определяющие качество объективов, можно свести к ряду моментов:

1. Конструкция объектива:

• число элементов;

• взаимное расположение;

• коррекция аберрации на этапе проектирования.

2. Производство оптических элементов:

• тип стекла;

• технология и тип стеклопроизводства (нагревание, охлаждение, беспримесность);

• точность шлифовки и полировки (это очень важно);

• просветляющее покрытие стекла (микронное покрытие, минимизирующее потери, вызванные отражением).

3. Механическая конструкция объектива:

• фиксация положения объектива и стабильность (к ударам, температуре…);

• механические движущиеся части объектива (особенно, трансфокатор, фокусировка, лепестки диафрагмы);

• внутреннее отражение света (черное поглощающее покрытие);

• шестерни для объективов с сервоприводом (пластмасса, металл, точность).

4. Электроника (у автодиафрагм и объективов с сервоприводом):

• качество электроники автоматической диафрагмы (усиление, стабильность, точность);

• энергопотребление (для автоматической диафрагмы, как правило, низкое, но некоторые старые модели могут требовать больше, чем может дать телекамера, поскольку телекамера питает объектив с автодиафрагмой);

• схема трансфокатора и фокусировки (напряжение: 6 В, 9 В или 12 В, трех или четырехпроводный кабель управления).

Рис. 3.9. Механика вариообъектива

Рис. 3.10. Вариообъектив в разобранном виде

Геометрическое построение изображений

Изображения могут быть построены при помощи простых правил оптики и геометрии.

Как можно увидеть из рис. 3.11, для построения изображения объекта требуется, как минимум, два луча.

Рис. 3.11. Проекции изображений объектов, находящихся на различных расстояниях

При построении изображений следует придерживаться следующих трех правил:

• Объекты, находящиеся на различных расстояниях, на схеме должны одним концом касаться оптической оси.

• По определению, лучи, проходящие через центр линзы, не меняют своего направления, т. е. в центре линза ведет себя как плоскопараллельная стеклянная пластина, не вызывая преломления.

• По определению, лучи, параллельные оптической оси, проходят через фокус.

Вспомним теперь основную формулу линзы, которую мы используем при расчете количества света, падающего на ПЗС-матрицу:

1/D + 1/d = 1/f (30)

здесь D — расстояние от объекта до линзы, d — расстояние от линзы до изображения f — фокусное расстояние линзы.

Отметим, что d здесь относится к изображению не бесконечно удаленного объекта, и поэтому оно больше, чем 1; а в случае бесконечно удаленного объекта d будет равно 1.

Обратите, пожалуйста, внимание на изображения объектов, находящихся на различном расстоянии. Фокусировка линзы достигается за счет изменения расстояния между линзой и плоскостью изображения (где расположена ПЗС-матрица). Итак, проекция изображения совпадает с фокальной плоскостью только в том случае, когда линза сфокусирована на бесконечно удаленный объект. Во всех остальных случаях расстояние между линзой и изображением больше, чем фокусное расстояние линзы.

Следует также отметить, что (как упоминалось выше) на практике объектив состоит из нескольких оптических элементов. Следовательно, их можно представить эквивалентной одноэлементной линзой, расположенной в главной точке. Рис. 3.13 поясняет этот момент.

Объектив, образованный из нескольких оптических элементов (единичных тонких линз), имеет две главных точки — первую и вторую главные точки. Для тонкой линзы эти точки совпадают и расположены в центре линзы.

Плоскости, пересекающие эти главные точки и перпендикулярные оптической оси, называются главными плоскостями.

Рис. 3.12. Концепция фокусировки

Рис. 3.13. Основные точки и плоскости

Главные плоскости обладают следующими свойствами:

• Луч, падающий на первую главную плоскость (параллельно оптической оси), покинет вторую главную плоскость на той же высоте, распространяясь в направлении точки фокуса.

• Луч, падающий в направлении первой главной точки, покинет вторую главную точку под тем же углом.

• Фокусное расстояние такой линзы принимается равным расстоянию от второй главной плоскости до фокуса.

Пользуясь этими свойствами, можно построить геометрическое изображение таким же образом, как в случае линзы, состоящей из одного оптического элемента.

Следует отметить, что вторая главная точка может попасть за объективов с маленьким фокусным расстоянием. Чем меньше пределы системы линз — в случае фокусное расстояние, тем больше оптических элементов необходимо добавлять для коррекции различных искажений, что увеличивает стоимость объектива. С уменьшением формата ПЗС-матриц (от 2/3" до 1/2" и 1/3", a теперь и до 1/4". В настоящее время выпускаются телекамеры с ПЗС-матрицами 1/6". Прим. ред .) приходится производить объективы с более коротким фокусным расстоянием, чтобы сохранить тот же по ширине угол зрения.

Это, в свою очередь, вынудило промышленность уменьшить расстояние от фланца объектива до плоскости изображения, которое для «С» типа крепления равно 17.5 мм с тем, чтобы оптика стала проще, меньше, дешевле.

Новый формат расстояния равен 12.5 мм, и поскольку он меньше, он называется стандартом CS (S-small).

Рис. 3.14. Поперечное сечение объектива с ручной установкой диафрагмы

Рис. 3.15. Поперечное сечение объектива с ручной установкой диафрагмы

Асферические линзы

Как уже упоминалось выше, сферическая аберрация — это общий тип искажения, присущий большинству линз сферического типа. Линзы сферического типа наиболее распространены, поскольку изготавливаются они при помощи самых простых механических способов шлифовки и полировки, подчиняющихся сферическим законам. Полировка выполняется круговой машиной, в результате чего линза имеет сферическую форму. Можно показать, что кроме хроматической аберрации, присущей простому оптическому элементу («разложение на цвета» белого света), есть еще и сферическая аберрация, вызванная сферическим профилем линзы. Фокус не является в точности одной точкой.

На основе физических законов преломления можно показать (но мы не будем вдаваться в эти детали), что колоколоподобная линза (не сферическая) является идеальной для получения единой фокусной точки без сферических искажений. Поперечное сечение такой линзы представляет собой кривую, несколько отклоняющуюся от формы окружности и имеющую форму колокола.

Это продемонстрировано на рис. 3.16, и чтобы было понятнее — в преувеличенной форме. Такая линза называется асферической.

Рис. 3.16. Сферическая и асферическая линзы

Понятно, что такую форму трудно воспроизвести при помощи стандартных полировочных технологий, но, если все-таки обеспечить качественное изготовление, она даст ряд преимуществ в сравнении с традиционными сферическими линзами, включая больший раскрыв диафрагмы (что отражается в меньших значениях F-числа), больший угол зрения, более короткое минимальное расстояние до объекта, меньшее количество оптических элементов, так как приходится исправлять меньше аберраций (в результате объектив становится меньше и легче).

Однако такая технология дороже — из-за сложной техники полировки.

Оптические компании начали выпускать литые асферические линзы, избегая критического процесса шлифования. Этот процесс, правда, не обеспечивает стекла такого качества, как при обычном процессе, но позволяет сделать производство асферических объективов более экономичным.

Качество таких объективов еще нуждается в доказательствах, но они существуют и доступны на рынке оборудования для систем видеонаблюдения.

Рис. 3.17. Асферический объектив с автодиафрагмой

Частотно-контрастная характеристика и функция передачи модуляции

Что нам нужно от объектива — это резкое и четкое изображение, свободное от искажений.

Как уже упоминалось, объективы обладают ограниченной разрешающей способностью, и об этом особенно важно помнить, когда мы используем их в видеосистемах высокого разрешения.

Разрешающая способность связана со способностью линзы воспроизводить мелкие детали. Чтобы измерить эту способность, используется испытательная таблица, состоящая из черных и белых полосок с различной плотностью (пространственным периодом), обычно выражаемую в линиях на миллиметр (линий/мм). При подсчете разрешающей способности линзы (линий/мм) мы учитываем и белые, и черные линии.

Рис. 3.18. Частотно-контрастная характеристика — 4KX (CTF, contrast transfer function) и функция передачи модуляции — ФПМ (MTF, modulation transfer function)

Характеристика, демонстрирующая «отклик» линзы на различную величину плотности в линиях/мм, называется частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ).

С теоретической точки зрения лучше оценивать параметры линзы при непрерывном переходе от черного к бепому (в виде синусоиды), а не на полосках, которые резко переходят от черного к бепому. В особой мере это относится к объективам, используемым в телевидении, так как оптический сигнап в этом спучае преобразуется в эпектрический, который пегче описывается и оценивается при помощи синусоидапьных характеристик. Эта характеристика называется функцией передачи модуляции (ФПМ).

Однако на практике оказывается гораздо проще сделать тестовую таблицу с черно-белыми полосками, а не с синусоидапьным переходом от черного к бепому. ЧКХ и ФПМ — это не одно и то же, но при помощи ЧКХ гораздо проще измерить и с достаточно большой точностью можно описать обобщенные характеристики линзы.

Самая простая анапогия, которая поможет нам понять, что такое ФПМ, — это спектральный отклик аудиосистемы. В аудиосистеме мы рассматриваем уровень выхода (напряжение или звуковое давление) в зависимости от частоты аудиосигнала. В оптике мы депаем то же самое, только ФПМ выражается в виде зависимости контрастности (от 0 до 100 %) от пространственной ппотности (в пиниях/мм), как мы видели на рис. 3.18.

Различные объективы имеют различные ФПМ-характеристики в зависимости от качества стекла, оптической конструкции и применения. Например, фотографические объективы будут иметь лучшую ФПМ, чем объективы для видеонаблюдения. Причина проста: структура фотопленки может регистрировать более 120 линий/мм, и производителям приходится выпускать объективы более высокого качества, чтобы минимизировать ухудшение картинки при увеличении изображения на пленке до размеров постера.

ПЗС-матрицы имеют меньшую разрешающую способность, чем ту, которую обеспечивает кристаллическая структура пленки. С технической точки зрения нет никакой необходимости переходить на производство дорогих объективов намного большего разрешения, чем разрешающая способность ПЗС-матрицы. Однако с миниатюризацией ПЗС-матриц мы все ближе и ближе подходим к границам пленочного разрешения, так что в будущем потребуются объективы с улучшенными параметрами.

Например, черно-белая ПЗС-матрица формата 1/2" среднего разрешения имеет примерно 500 пиксел (элементов изображения) по горизонтали. Если мы учтем физическую ширину 6.4 мм ПЗС-матрицы формата 1/2", то придем к заключению, что максимальное возможное число вертикальных линий (черно-белых пар) равно (500:6.4):2 = 39 линий/мм. Это разрешение легко достигается большинством ТВ-объективов, так как оптическая технология может легко обеспечивать более 50 линий/мм. Но для черно-белой ПЗС-матрицы формата 1/3" с той же плотностью в 500 пикселов по горизонтали мы уже говорим о (500:4.4):2 = 57 линий/мм. Это значит что ПЗС-телекамера формата 1/3" требует объектива большего разрешения, чем телекамера формата 1/2".

Различные объективы имеют различные ФПМ-характеристики, и иногда на основе этих характеристик приходится решать, какой объектив следует использовать.

Рассмотрим пример, представленный на графике. Мы можем трактовать его следующим образом: ФПМ объектива А распространяется на область высоких пространственных частот, а это означает, что он может передать более мелкие детали, чем объектив В. Объектив В имеет лучший отклик на низких частотах. Если нам нужен объектив для получения высокой разрешающей способности, например, для пленки, то лучше выбрать объектив А, а для видеонаблюдения, где ПЗС-матрица не может различить более 50 линий/мм, лучше обойтись объективом В, с ним будет выше контраст.

Рис. 3.19. ФПМ-кривые для двух различных объективов

F и Τ числа

Кроме ФПМ и ЧКХ есть и другая важная характеристика объективов: F-число (F-number, F-stop). F-число характеризует яркость сформированного линзой изображения. Оно обычно нанесено на объективе в виде F/1.4 или иногда в другой форме 1:1.4 (Величина, обратная числу F, называется относительным отверстием, то есть, например, если F=1.4, то относительное отверстие 1:1.4. Однако на практике нередко относительным отверстием называют само число F, то есть в нашем примере, 1.4. Прим. ред .). F-число зависит от фокусного расстояния объектива и эффективного диаметра области, через которую проходят лучи света. Эта область может изменяться передвижением механических лепестков, которые мы обычно называем ирисовой диафрагмой.

Следует отметить, что эффективный диаметр объектива — это отнюдь не действительный диаметр объектива, а диаметр изображения диафрагмы, если смотреть на него с передней стороны объектива.

Первый диаметр обычно называется входным зрачком. А есть еще и выходной зрачок, как показано на рис. 3.21. Сама ирисовая диафрагма расположена между этими двумя зрачками и между двумя главными точками.

Чем меньше F-число, тем больше отверстие диафрагмы и тем больше света проходит через объектив. Минимальное F-число для данного объектива нанесено на самом объективе и характеризует способность объектива собирать свет.

Часто объективы с низким F-числом (F-stop) называются светосильными объективами или быстрыми объективами (faster lens). Это потому, что на заре фотографии пытались сократить время экспозиции пленки путем увеличения количества света (низкое F-число); это позволяло сделать снимок быстро и получить картинку без потери четкости, вызванной дрожанием камеры.

Допустим, 16 мм-объектив имеет минимальное F-число, равное 1.4, тогда это записывается так: 16 мм/1.4 или 16 мм 1:1.4. Максимальное эффективное отверстие диафрагмы эквивалентно кругу с диаметром 16/1.4 = 11.43 мм — эквивалентно потому, что лепестки диафрагмы образуют треугольное, квадратное, пятиугольное или шестиугольное отверстие.

Рис. 3.20. Положение и размер диафрагмы зависят от типа и конструкции объектива

Рис. 3.21. Определение положения диафрагмы

Чтобы понять, почему именно такова последовательность F-чисел, нам придется проделать ряд вычислений.

Начнем с предыдущего примера — рассмотрим объектив 16 мм/1.4 — и найдем площадь полностью открытого отверстия (т. е. при F/1.4):

A 1.4 = (d/2) 2 ∙π = (11.43/2) 2 ∙π = 32.66∙3.14 = 102.5 мм 2 (31)

Давайте теперь уменьшим эту площадь вдвое, т. е. пусть она будет равна 51.25 мм2, и подсчитаем диаметр отверстия диафрагмы:

A х  = (х/2) 2 ∙π => х = 2∙SQRT(A х /π) = 8 мм (32)

Где SQRT означает корень квадратный. Теперь F-число с 8-мм отверстием будет равно 16/8 = 2, т. е. F/2.

Здесь F/2 представляет площадь, равную половине площади, соответствующей F/1.4. Если мы продолжим действовать так же, то получим следующие знакомые числа: 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32 и т. д.

Все эти числа стандартны для всех типов объективов, и смысл их таков: каждое большее F-число пропускает половину светового потока по сравнению с предыдущим F-числом.

Теперь становится намного понятнее, почему телекамера с объективом 16 мм/1.0 более чувствительна, чем та же телекамера с объективом 16 мм/1.4.

Для вариообъективов приведенные здесь F-числа относятся к отверстию диафрагмы на минимальном фокусном расстоянии вариообъектива. Очевидно, что при этом получается наилучшее «светособирающее число» для любого объектива. Для вариообъектива при установке наибольшего фокусного расстояния F-число всегда меньше, чем на минимальном фокусном расстоянии. Но было бы ошибкой предполагать линейную зависимость между F-числом и фокусным расстоянием. В частности, объектив 8-80 мм/1.4 обеспечивает эффектакого же отверстия при фокусном расстоянии 80 мм F-число, казалось бы, будет равно 80/5.7 = 14.

На самом деле это не так, поскольку многое будет зависеть от конструкции вариообъектива. Место расположения диафрагмы может перемещаться в зависимости от движения частей вариообъектива, подчиняясь нелинейному закону. В большинстве случаев на больших фокусных расстояниях F-числа будут значительно лучше (меньше), чем будет получаться, если пользоваться вышеприведенными расчетами, но они всегда будут хуже, чем на малых фокусных расстояниях.

Объективно говоря, каждый участок стекла, независимо от его качества, привносит свой вклад в потери света. Эти потери могут составлять очень маленький процент от общей световой энергии, но если мы хотим получить точные характеристики объектива, то их тоже нужно учитывать. Характеристикой уровня пропускания света объективом является коэффициент пропускания, который всегда меньше 100 %.

Поэтому многие профессионалы предпочитают использовать не F-числа, аТ-числа. В определении Т-числа учитывается и F-число, и пропускание объектива:

Т-число = 10·F-число/SQRT(Пропускание) (33)

Поскольку пропускание объектива, как уже упоминалось, всегда меньше 100 % (обычно от 95 % до 99 %), то очевидно, что Т-число будет несколько больше, чем F-число.

Рис. 3.22. Вариообъективы становятся все более популярными

Глубина резкости

Теоретически при фокусировке на объект вся плоскость, проходящая через объект и перпендикулярная оптической оси, должна быть в фокусе.

Практически, объекты, находящиеся немного впереди и позади объекта в фокусе, тоже будут резкими. Эта «дополнительная» ширина зоны резкости и называется глубиной резкости.

Большая глубина резкости может быть нежелательной характеристикой, как, например, в фотографии, когда мы хотим, чтобы фотографируемый объект был отделен от переднего или заднего плана. Это очень характерно для портретной съемки телеобъективом, у которого глубина резкости невелика.

В системах видеонаблюдения, однако, часто требуется противоположный эффект. Мы хотим, чтобы как можно больше объектов было в фокусе, независимо от того, где в действительности расположена фокальная плоскость.

Глубина резкости зависит от фокусного расстояния объектива, F-числа и формата объектива (2/3", 1/2" и т. д.). Общее правило заключается в следующем: чем меньше фокусное расстояние, тем больше глубина резкости; чем больше значение числа F, тем больше глубина резкости, и чем меньше формат объектива, тем больше глубина резкости.

Эффект глубины резкости объясняется так называемым допустимым пятном рассеяния.

Рис. 3.23. Глубина резкости при различных значениях числа F Например, если объектив 16 мм/1.4 имеет пропускание 96 %, то Т-число будет равно 1.43.

Рис. 3.24. Объяснение глубины резкости

Допустимое пятно рассеяния — это пятно проекции зоны резкости. Если наименьший элемент изображения (пиксел) ПЗС-матрицы равен или больше допустимого пятна рассеяния, то, понятно, мы не сможем увидеть детали, меньшие этого пятна. Другими словами, все объекты и их детали, в пределах пятна, будут выглядеть одинаково резкими, так как это реальный размер пиксела. Отсюда понятно, что размер допустимого пятна рассеяния для телекамеры определяется размерами пиксела ПЗС-матрицы, другими словами, разрешающей способностью ПЗС-матрицы.

Теперь мы можем понять, почему некоторые короткофокусные объективы, используемые в системах видеонаблюдения (например, 2.6 мм или 3.5 мм), вообще не имеют фокусировочного кольца, а только регулировку диафрагмы. Это потому, что даже при наименьших для данного объектива F-числах (будь то 1.4 или 1.8), глубина резкости столь велика, что объектив действительно дает резкие изображения с практически любого расстояния: от нескольких сантиметров до бесконечности. Здесь действительно нет необходимости в фокусировке.

Как будет объяснено позже в этой книге, глубина резкости — это эффект, о котором мы ни в коем случае не должны забывать, особенно при регулировке так называемого заднего фокуса (back-focus). Если задний фокус не настроен должным образом, и телекамера установлена при дневном свете (т. е. автодиафрагма объектива максимально прикрывает отверстие от избыточного света), глубина резкости обеспечит резкость даже в тех областях, которые на самом деле не в фокусе.

Практический опыт показывает, что глубина резкости в таком случае (когда задний фокус настроен некорректно) — это самый большой источник разочарования при 24-часовом функционировании системы. Причины становятся очевидны ночью, когда отверстие диафрагмы раскрывается из-за низкого уровня освещенности (при условии нормального функционирования автодиафрагмы), глубина резкости снижается, и получаются несфокусированные изображения, несмотря на то, что днем они были в фокусе. Не понимая причин этой проблемы, оператор жалуется специалистам, установившим или обслуживающим систему, но они обычно наносят визит в дневное время. Понятно, что днем благодаря большой глубине резкости никаких проблем не будет, а вот ночью опять проявятся «необъяснимые» эффекты.

Рис. 3.25. Фотографии с низким и высоким значением числа F (объектив сфокусирован на центральный объект)

Мораль отсюда такова: регулировка заднего фокуса (это мы тоже обсудим позже) должна быть проведена при полном раскрытии диафрагмы. Самый простой способ получить максимальное отверстие — настраивать при малом уровне света, что доступно вечером (или ночью), или можно искусственно снизить количество дневного света при помощи внешнего фильтра нейтральной плотности (ND) (обычно его помещают перед объективом). Все это делается ради того, чтобы уменьшить глубину резкости и таким образом сделать регулировку заднего фокуса проще и точнее.

Довольно часто при использовании черно-белых телекамер с инфракрасным светом возникает другой эффект. Из-за того, что инфракрасный свет имеет довольно большую длину волны (по сравнению с обычным светом) и меньший показатель преломления, плоскость сфокусированного изображения размещается немного позади плоскости ПЗС-матрицы. Для дальнейшего пояснения феномена сошлемся на раздел разложение света призмой. Если днем изображение резкое, то в ночное время объекты на том же расстоянии будут не в фокусе. Это довольно заметный и нежелательный эффект. Чтобы минимизировать его, необходим специальный объектив с компенсацией инфракрасного света (некоторые производители для этой цели выпускают специальные стеклянные линзы). Однако, вот более практичное и общее решение: настроить задний фокус объектива телекамеры ночью при инфракрасном свете, в этом случае глубина резкости будет минимальна, а объекты — в фокусе. Днем глубина резкости увеличит зону резкости до большего диапазона, компенсируя разницу между фокусом при инфракрасном и нормальном свете.

Фильтры нейтральной плотности

Выше, обсуждая F-числа, мы упоминали ряд F-чисел: 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32 и т. д. Этот список можно продолжить: 44, 64, 88, 128 и т. д. Чем выше F-число, тем меньше отверстие диафрагмы, мы уже говорили об этом.

Для фотографической или кинопленки F/32 — это довольно большое число. Чувствительность эмульсии пленки такова, что даже в солнечный день такое F-число в совокупности с доступной скоростью затвора достаточно для компенсации избыточного света.

Чувствительность пленки измеряется в единицах ISO, а обычно используемая в повседневных целях пленка имеет чувствительность 100 единиц ISO.

ПЗС-матрицы гораздо более чувствительны, чем пленка в 100 единиц ISO, особенно черно-белые матрицы. Зная уровень света, F-число и скорость затвора фотокамеры, типичное время экспозиции ПЗС-телекамеры (1/50 с для CCIR) и установку диафрагмы, мы можем посчитать чувствительность черно-белой ПЗС-матрицы — она близка к значению в 100 000 единиц ISO. Это довольно высокая чувствительность.

Рис. 3.26. Встроенный в объектив нейтрально-серый фильтр

В переводе на обычный язык это означает, что ПЗС-матрица настолько чувствительна, что низкий уровень света не будет проблемой (хотя Вы могли не раз слышать от потребителей: «Насколько чувствительна ваша телекамера?»), а проблемой скорее будет сильный свет.

Поскольку телекамеры имеют только одно время экспозиции, 1/50 секунды в CCIR и SECAM и 1/60 секунды в NTSC (не учитывая электронный затвор ПЗС-телекамер), то в целях уменьшения количества света мы можем манипулировать только F-числом.

Для формирования полного видеосигнала на черно-белой ПЗС-матрице средней чувствительности требуется 0.1 лк. Ясный солнечный день на пляже или снег дает больше 100 000 лк на объекте.

Чтобы снизить эту величину до 0.1 лк требуется использование очень больших значений F-числа (порядка F/1200). Опираясь на основное определение F-числа для среднего объектива 16 мм/1.4, мы получим, что F/1200 соответствует эффективному отверстию диафрагмы в 16/1200=0.013 мм.

Механическими способами такого маленького отверстия с требуемой точностью достичь невозможно, а кроме этого мы столкнемся с новыми проблемами — краевой дифракцией света (известной как эффект Френеля), что весьма ухудшит качество изображения.

Решение было найдено в использовании внутренних фильтров нейтральной плотности.

Это очень тонкая пленка с круговым покрытием нейтрального цвета, размещаемая посередине объектива, близко к плоскости диафрагмы. Фильтр делается менее прозрачными по направлению к середине концентрических колец. Нужное F-число, таким образом, достигается путем комбинации средств механической диафрагмы (положение лепестков) и оптического нейтрально-серого фильтра (оптическое ослабление). Это очень простой и эффективный способ борьбы с сильным светом.

Фильтры называются нейтральными, потому что они ослабляют все длины волн (цвета) равномерно, таким образом не меняя световой композиции изображения.

Рис. 3.27. ND-фильтр в объективе с автодиафрагмой

Следует отметить, что очень важна оптическая точность таких тонких пленок, так как при увеличении F-числа должны сохраняться ФПМ-характеристики объектива. Теоретически, разрешающая способность любого объектива максимальна в середине диапазона установок механической диафрагмы и уменьшается по мере увеличения или уменьшения F-числа (это отличается от эффекта глубины резкости), но нейтрально-серый фильтр может его еще более снизить. Будет это заметно, либо нет, зависит от общих качеств объектива.

Кроме внутренних фильтров существуют и внешние нейтрально-серые фильтры, которые выполнены более просто. Это полупрозрачные стеклянные пластинки или, по-другому, оптические фильтры, ослабляющие свет в х раз. Ослабление может быть в 10000 или 1000 раз. Можно комбинировать два или три фильтра, так, например, 10 и 1000 вместе дадут фильтр с ослаблением в 10 000 раз.

Иногда, и, пожалуй, это более корректно, ослабление внешним нейтрально-серым фильтром выражается в F-числах. Зная, что каждое следующее диафрагменное число уменьшит светособирающую силу в два раза (50 % от предыдущего значения), мы можем построить следующую логическую цепочку: 100-кратный фильтр соответствует «полпути» между 26 и 27 (26 = 64, 27 = 128). Это означает, что ослабление в 100 раз — это примерно 6.5 F-чисел. Ослабление в 1000 раз — это примерно 210 или порядка 10 F-чисел.

Этот тип фильтров, как уже говорилось, очень удобен для минимизации глубины резкости при регулировке заднего фокуса или настройке уровня автодиафрагмы в дневное время.

Объективы с ручной диафрагмой, автодиафрагмой и диафрагмой с сервоуправлением

Некоторые объективы имеют диафрагму с ручным управлением. Такие объективы обычно используются в помещениях с постоянным уровнем освещенности: торговых центрах, подземных гаражах, библиотеках и пр. Обычно это помещения, где естественный свет не оказывает заметного влияния на основную освещенность наблюдаемой зоны, и, следовательно, мы имеем почти постоянную величину освещенности, создаваемую искусственным светом. Небольшие случайные вариации освещенности компенсируются автоматической регулировкой усиления телекамеры.

С появлением ПЗС-телекамер с электронным затвором объективы с фиксированной диафрагмой используются и в зонах с переменной освещенностью, так как электронный затвор автоматически выбирает время экспозиции, компенсируя вариации света.

Есть два основных фактора, определяющих F-число объектива с ручной установкой диафрагмы для его оптимального функционирования:

• Интенсивность света.

• Глубина резкости.

Они противоречат друг другу, и вот почему ручная установка диафрагмы всегда является компромиссом. Если делать установку в условиях очень низкого уровня освещенности или если телекамера имеет низкую чувствительность, общая тенденция сводится к максимальному раскрыву отверстия диафрагмы (низкое F-число). Очевидно, что в этом случае глубина резкости и ФПМ, как выше объяснялось, будут минимальны. Не следует забывать, что разрешающая способность объектива на самых малых F-числах обычно самая низкая, не говоря уж о глубине резкости. Компромисс — это наилучшее решение (если позволяет минимальная освещенность телекамеры), и объектив устанавливается на одно или два значения F-числа выше наименьшего возможного, т. е. F/2 или F/2.8.

Объективы с автодиафрагмой снабжены электронной схемой, которая обрабатывает выходной видеосигнал телекамеры и решает, исходя из уровня видеосигнала, нужно ли открывать или закрывать отверстие диафрагмы.

Рис. 3.28. Объективы с фиксированным фокусным расстоянием и ручной установкой диафрагмы

Рис. 3.29. Типичная схема подключения объектива с автодиафрагмой, управляемой видеосигналом

Автодиафрагма работает по принципу автоматической электронно-оптической обратной связи. Если уровень видеосигнала низкий, электроника сообщает диафрагме, что необходимо раскрыть отверстие, а если слишком высок, то — прикрыть.

Для работы в таком режиме с телекамеры на объектив с автодиафрагмой поступает питающее напряжение (обычно 9 В постоянного тока), а также видеосигнал (кроме того, между объективом и телекамерой должен быть третий провод (называемый нулевым, отрицательным или общим)). Нередко объективы имеют экранированный кабель, что нужно для защиты видеосигнала от сильных внешних электромагнитных помех. Экранирующий провод не обязательно подсоединять к самой телекамере, так как соединение уже существует — через металлическое кольцо объектива при насадке его на телекамеру. Нежелательные наводки в видеосигнале можно снизить, делая этот кабель насколько возможно более коротким. Это соответствует тенденции уменьшения размеров телекамер. Но при этом следует помнить о пластиковых C/CS-адаптерах, которые изолируют объектив от корпуса телекамеры.

Обычно приняты следующие коды цветов проводов для объективов с автодиафрагмой:

— Черный — общий.

— Красный — питание (от телекамеры).

— Белый — видео.

Рис. 3.30. Объективы с фиксированным фокусным расстоянием и автодиафрагмой « ССTV Фокус »

Некоторые производители для снижения производственных затрат начали использовать двухпроводные кабели для объективов с автодиафрагмой (красный — питание, белый — видео) с экранирующей оплеткой, которая используется в качестве общего провода.

Часто встречаются объективы с четырьмя кабелями, где четвертый провод — зеленый. В большинстве случаев этот провод не используется, но в некоторых объективах он обеспечивает дистанционное управление диафрагмой, известное как сервоуправление. В этом случае диафрагма открывается и закрывается напряжением с пульта управления (контролируемого оператором), примерно также, как управляются трансфокатор и фокусировка.

Последний тип объективов предпочтителен для систем с телекамерами с электронным затвором.

Причина состоит в том, что электронный затвор и автодиафрагма вместе работают не очень хорошо. Если включены обе функции, то электронный затвор отрабатывает быстрее и к тому времени, когда механическая автодиафрагма отреагирует на изменение света, электронный затвор уже уменьшит время накопления заряда, вынуждая автодиафрагму больше раскрыть отверстие. В конце концов мы получим слишком большое отверстие диафрагмы и очень короткую электронную выдержку. В результате мы получим выходной сигнал размахом 1 Vpp такой же, как и ожидалось, но глубина резкости будет минимальной, а вертикальный ореол более заметным — из-за слишком кратковременного экспонирования ПЗС-матрицы.

Вследствие этого при использовании объективов с автодиафрагмой электронный затвор рекомендуется отключать. Тем не менее, электронный затвор отрабатывает быстрее и он более надежен, так как не содержит движущихся частей (только электронику), но он не изменяет глубину резкости.

Итак, чтобы воспользоваться обоими преимуществами, для телекамер с электронным затвором рекомендуется использовать объективы с диафрагмой, управляемой сервоприводом. Ясно, что это возможно только в том случае, если используется блок управления диафрагмой. В таких системах оператор может настроить диафрагму в соответствии с уровнем света и требуемой глубиной резкости, но только если имеют место значительные изменения освещенности.

Потребление тока схемой автодиафрагмы обычно меньше 30 мА и не представляет собой сколь-либо заметную нагрузку на блок питания телекамеры. Но следует помнить, как уже упоминалось выше, что старые объективы (особенно объективы с большим коэффициентом трансфокации) могут требовать большего тока управления, и в этом случае (если выходной ток телекамеры недостаточен) для электроники автодиафрагмы следует использовать отдельный 9 В источник постоянного тока.

Объективы с автодиафрагмой, управляемые видеосигналом и сигналом постоянного тока

Классификация объективов с автодиафрагмой с точки зрения обрабатывающей схемы несколько сбивает с толку. В частности, кроме «нормальных», наиболее часто встречающихся объективов, с автодиафрагмой, у которых электроника встроена в сам объектив и которые мы называем объективами с автодиафрагмой, управляемой видеосигналом (так как им необходим видеосигнал от телекамеры), есть еще и так называемые объективы с автодиафрагмой, управляемой сигналом постоянного тока (DC). Такие объективы во всем похожи на управляемые «по видео», за исключением одного: обрабатывающая электроника находится не внутри объектива, а внутри телекамеры. Объектив в этом случае имеет лишь микродвигатель и механизм диафрагмы.

Понятно, если используется управляемый током объектив, телекамера должна иметь соответствующий выход. Вместо проводов «питание», «видео» и «общий», у нас будут: «питание», «уровень сигнала постоянного тока» и «общий». Часто такие типы объективов называются гальванометрическими объективами с автодиафрагмой.

Объектив, управляемый сигналом постоянного тока, не может быть использован с телекамерой, не имеющей соответствующего разъема, и наоборот. Если телекамера имеет разъем для автодиафрагмы DC, то регулировки «уровень» (level) и «автоматическая регулировка освещенности» (ALC) расположены на самой камере, а не на объективе (об этом мы поговорим в следующем параграфе).

Объективы с автодиафрагмой как с фиксированным фокусным расстоянием, так и с переменным, имеют два переменных резистора для регулировки отклика и типа функционирования: Level и ALC (Уровень и Автоматическая компенсация освещенности). Это относится и к DC-управляемым объективам, только в этом случае, как упоминалось выше, регулировки находятся на телекамере.

Регулировка Level позволяет изменять открытие диафрагмы по среднему уровню видеосигнала.

Level еще называют регулировкой чувствительности, так как на экране видеомонитора она проявляется в виде изменений яркости объекта. После настройки уровня, следует проверить работу автодиафрагмы в дневное и ночное время. Если рабочая точка установлена слишком высоко, изображение может оказаться нормальным днем, но ночью оно будет слишком темным. Верно и обратное: если рабочая точка установлена слишком низко, то ночью получится приемлемое изображение, а днем оно будет чрезмерно ярким. Чтобы быть уверенным в том, что это не произойдет, лучше всего проводить регулировку во второй половине дня (ближе к вечеру) с помощью осветительного прибора. Во-первых, убедитесь в том, что при слабом свете изображение получается максимально достижимым, то есть отверстие диафрагмы раскрыто полностью. Затем направьте свет на объектив и убедитесь в том, что отверстие диафрагмы достаточно закрывается, так что на экране видна только нить лампы. Если тест невозможно провести во второй половине дня, то можно воспользоваться внешними нейтрально-серыми фильтрами. Такой фильтр можно использовать для ослабления дневного света до уровня, эквивалентного низкому уровню освещенности, которое обычно составляет несколько люкс. Затем, все что требуется — так это удалить фильтр и посмотреть, как ведет себя автодиафрагма.

Рис. 3.31. Переменные резисторы ALC и Level

ALC — это автоматическая компенсация освещенности. ALC представляет собой фотометрическую регулировку диафрагмы, и ее следует воспринимать как «автоматическую компенсацию встречной засветки». Эта часть схемы автодиафрагмы «решает», на какую долю размаха видеосигнала должна отрабатывать автодиафрагма. Регулировка ALC позволяет выбрать точку срабатывания по видеосигналу для функционирования диафрагмы в зависимости от контрастности картинки. В большинстве случаев, когда видеосигнал «богат» деталями от самых темных до ярких (от 0 до 0.7 В), опорный уровень находится в середине. Если на изображении появляются очень яркие места, то это приведет к уточнению опорной точки и сужению отверстия диафрагмы для получения видеосигнала с «полным динамическим» диапазоном. Визуально изображение будет высоко контрастным. Итак, очень яркие объекты (солнечные блики, яркие огни, окна и тому подобное) заставят прикрыть отверстие диафрагмы, что сделает темные объекты еще более темными, иногда слишком темными, чтобы можно было различить детали. В такого рода ситуациях мы можем заменить принятую по умолчанию установку ALC на экстремальную и заставить диафрагму не учитывать яркие участки и раскрыть отверстие больше, чем обычно. Тогда находящиеся в тени объекты будут более различимы.

Эта регулировка эквивалентна компенсации встречной засветки телекамер. Компенсация встречной засветки используется, как подсказывает название, для борьбы с фоновым (контровым) светом. Идея заключается в том, чтобы «приказать» электронике объектива игнорировать очень яркие области изображения и больше открыть отверстие, чтобы были видны детали темных объектов на переднем плане.

Это очень полезно, например, при размещении телекамер в проходах, если телекамера «смотрит» сквозь стеклянные двери или против яркого фона. Человек, идущий по проходу, виден как силуэт.

Если ALC настроена, диафрагма будет раскрываться на одно-два значения F-числа больше, высвечивая таким образом лицо человека. Аналогично, ALC может быть настроена и на выполнение противоположной работы, то есть можно больше закрыть отверстие диафрагмы для того, чтобы разглядеть детали очень яркого заднего плана, например, находящиеся за дверью в холл.

ALC имеет две экстремальные позиции, отмеченные как Peak и Average (пиковое и среднее).

Первый пример соответствует установке ALC на Peak, а второй — установке ALC на Average. Установки по умолчанию обычно находятся в середине этого диапазона. И учтите, пожалуйста: для того, чтобы видеть эффекты ALC-регулировки, необходима очень контрастная сцена.

Рис. 3.32. Объектив с автодиафрагмой и фиксированным фокусным расстоянием в разобранном виде

Несколько слов об электронике объективов с автодиафрагмой

Оптические качества объектива нельзя считать гарантированными, то же относится и к электронике автодиафрагмы. Различные схемы дают различное качество и точность функционирования. Это, вкупе с механической конструкцией диафрагмы, определяет качество объектива: хороший, средний или плохой. Реакция диафрагмы на внезапные изменения освещенности не мгновенна: от половины секунды до двух секунд. Это следует учитывать при регулировке уровня и/или установке регулировки ALC объектива.

Задержка зависит от обратной связи, то есть от совместной работы электронных и механических частей. Электроника имеет свою автоматическую регулировку усиления, и то, насколько эффективно будет работать эта система с обратной связью, зависит также и от электроники телекамеры, включая ее АРУ.

Совместная работа этих двух частей может привести к самовозбуждению системы при работе автодиафрагмы, которые обычно называются «звон» или «рысканье».

Колебания проявляются в виде пульсаций яркости изображения и зависят от направления телекамеры и условий освещенности. Это особенно заметно, если направить ее на сильный источник света. Чтобы минимизировать этот эффект, достаточно использовать регулировку Level, а иногда ALC, или могут использоваться оба вида регулировки. Однако существуют неудачные комбинации телекамера/объектив, когда этот эффект исключить не удается. Проблема решается единственным способом: заменой объектива на объектив другой марки. Некоторые новые автодиафрагмы поставляются с дополнительным регулятором уровня АРУ объектива.

Как уже упоминалось выше, кабель объектива с автодиафрагмой обычно защищен экранирующим кабелем, который часто не подключен к автодиафрагме. Цель экранирования кабеля — защита видеосигнала от наводок. Чтобы защита была эффективной, достаточно, чтобы один конец экранирующего кабеля был подсоединен к общему проводу электроники, что иногда происходит само собой — через корпус объектива (кольцо C/CS-крепления) и С-крепление телекамеры. С миниатюризацией телекамер кабели становятся все короче, уменьшая вероятность влияния наводок на работу системы.

И, наконец, давайте вспомним, что энергопотребление автодиафрагмы очень низкое, обычно меньше 30 мА.

Рис. 3.33. Объектив с автодиафрагмой и фиксированным фокусным

Форматы изображений и объективов в системах видеонаблюдения

Объектив «видит» объект во всех направлениях под одним и тем же углом зрения, т. е. угол обзора имеет форму конуса. Следовательно, область изображения, спроецированного объективом, имеет форму круга, однако фоточувствительная область камеры (ПЗС-матрица в нашем случае) — прямоугольник внутри этого круга изображения.

В современном телевидении этот прямоугольник имеет соотношение сторон 4:3, т. е. стандартом является 4 части по ширине и 3 части по высоте. Как уже говорилось в начале книги, такое соотношение сторон было принято в качестве стандарта в фотографии, когда телевидение только зарождалось.

В совершенно новой системе телевидения высокой четкости (ТВЧ), которая принята с ее основными стандартами, соотношение сторон равно 16:9. Цель этого стандарта — улучшить демонстрацию кинофильмов.

«Прямоугольник изображения» находится внутри круга изображения, в котором все виды аберраций (или по меньшей мере большинство их) исправлены.

Нет никакого смысла создавать объектив, дающий намного больший круг изображения, чем требуется. Поэтому объективы изготавливаются так, чтобы соответствовать формату изображения, не менее и не более. Хотя из этого правила есть исключения, например, когда объектив изготовлен для других целей, например, для фотографии, а используется в ПЗС-телекамерах со специальным С-креплением.

В настоящее время в системах видеонаблюдения имеется несколько различных размеров матриц: 2/3, 1/2, 1/3 и 1/4 дюйма. Телекамеры высокой четкости и некоторые специальные телекамеры могут иметь матрицы в 1 дюйм и даже больше. Чтобы понять, что означает это разнообразие, нам нужно вкратце ознакомиться с историей ТВ.

Рис. 3.34. Области изображения на ПЗС-матрице в натуральную величину

В самых первых ТВ-камерах для получения изображения использовались электронные трубки определенного диаметра, их называли 1-дюймовый видикон или 2/3-дюймовый ньювикон. Эти размеры соответствовали действительному диаметру трубки. Область изображения — прямоугольник с отношением сторон 4:3, и диагональ этого прямоугольника меньше действительного диаметра трубки, так как она определялась размером фоточувствительной области трубки (называемой мишень). Когда электронный пучок сканирует область изображения, он не заходит на края трубки. Поэтому камера с 2/3-дюймовой трубкой имеет область изображения примерно 8.8x6.6 мм, сканируемую электронным лучом. Длина диагонали этой области равна примерно 11 мм. Это не равно 2/3 дюйма, так как 2/3 дюйма равно 17 мм. Так что не следует думать, что указанный размер ПЗС-матрицы точно соответствует ее реальному размеру, как, например, с ТВ-экранами, где размер кинескопа и есть его размер по диагонали.

Рис. 3.35. Сравнение передающей трубки и ЛЗС-матрицы

Когда мы говорим о ПЗС-матрице в 2/3 дюйма, мы в действительности имеем в виду устройство, которое имеет такой размер изображения, которое бы имела 2/3-дюймовая трубка.

В то время, когда в системах видеонаблюдения появились первые ПЗС-телекамеры, наиболее популярны были ТВ-камеры с передающей трубкой размером 2/3 дюйма. Область изображения такой трубки, как выше упоминалось, равна 8.8 х 6.6 мм, а спроектированные в то время ПЗС-матрицы имели такой же размер области изображения и они были названы 2/3-дюймовыми ПЗС-матрицами. Идея заключалась в том, чтобы использовать такие же объективы, как и в ТВ-камерах с трубками.

По мере развития технологий ПЗС-матрицы стали меньше, и новые матрицы в 1/2 дюйма стали давать область изображения только 6.4 х 4.8 мм. Совместимость с 2/3-дюймовыми объективами сохранилась (использовалось то же С-крепление), но, естественно, изменился угол обзора, то есть он стал уже по сравнению с тем углом обзора, который дает такой тип объектива на 2/3-дюймовой телекамере.

Итак, новые объективы были предназначены для 1/2" ПЗС-матриц с меньшей областью изображения, чем у 2/3" ПЗС-матриц. Другими словами, из-за уменьшения области изображения, объективы проектировались с требуемым фокусным расстоянием, но с меньшим кругом проекции изображения, то есть с диаметром круга, достаточным для покрытия 1/2" ПЗС-матрицы, но недостаточным для покрытия ПЗС-матрицы 2/3". Этот новый тип объективов стали называть 1/2" объективами. Они также имеют кольцо С-крепления, но они меньше и вследствие этого дешевле, чем их 2/3" аналоги.

То же сейчас происходит и с 1/3" ПЗС-матрицами, проектируются 1/3" объективы, дающие круг изображения с диаметром, достаточным для покрытия только 1/3" матрицы.

Очевидно, что если 1/3" объектив использовать с 1/2" матрицей, то мы столкнемся с такой проблемой: углы изображения будут отсечены (представьте себе прямоугольник и внутри него круг меньшего диаметра).

То же произойдет, если 1/2" объектив использовать с 2/3" матрицей. Однако, если больший объектив использовать с меньшей ПЗС-матрицей, проблем не будет. Так как объектив большего формата спроецирует круг изображения значительно больший, чем действительный размер ПЗС-матрицы, то никакие углы не отсекутся и не будет никаких иных деформаций.

Все же следует принять во внимание, что уменьшение области, на которую проецируется изображение, может привести к относительному уменьшению разрешения, так как будет использоваться меньшая область (см. обсуждение ФПМ и ЧКХ). Кроме того, избыточный свет вокруг матрицы (если используется объектив большего формата) может отражаться от внутренних поверхностей объектива и ПЗС-блока, и если поверхности недостаточно поглощают свет черным матовым покрытием, то это скажется на качестве изображения.

Углы обзора и как их определить

Объективы с различным фокусным расстоянием дают различные углы обзора.

Довольно часто для оценки мы используем угол обзора по горизонтали, так как, зная его, можно определить и угол обзора по вертикали — ведь видеосигнал формируется из соотношения 4:3 и это же применимо к расчету горизонтального и вертикального углов обзора.

Вот несколько основных правил, которых следует придерживаться при анализе углов обзора:

— Чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора.

— Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора.

— Чем меньше ПЗС-матрица, тем меньше угол обзора (с тем же объективом).

— Если известен угол обзора по горизонтали, то легко определить угол обзора по вертикали.

Как уже упоминалось выше, угол около 30° считается стандартным углом зрения, каким бы ни был формат изображения. Напомним: угол в 30° принимается стандартным, потому что он соответствует нашему восприятию перспективы и тому, как видит человеческий глаз.

Ниже приведены форматы изображений и соответствующие стандартные объективы для 30° горизонтального угла обзора:

— 1 дюйм = 25 мм,

— 2/3 дюйма = 16 мм,

— 1/2 дюйма = 12 мм,

— 1/3 дюйма = 8 мм,

— 1/4 дюйма = 6 мм.

В видеонаблюдении самый большой угол зрения, предлагаемый производителями, составляет около 94°, что достигается на 4.8 мм для 2/3" ПЗС-камеры, 3.5 мм для 1/2" и 2.8 мм для 1/3" камер (Если специально не оговаривается, то обычно речь идет об угле обзора по горизонтали. Прим. ред. ).

Есть и особые объективы, дающие угол зрения почти 180° — объективы типа «рыбий глаз», но они очень специфичны и дают только круглое (поэтому и называются «рыбий глаз») изображение на экране (внутри области изображения ПЗС-матрицы) (Существуют электронные устройства, осуществляющую оцифровку такого изображения, а затем с помощью корректирующего алгоритма воспроизводящие изображение с приемлемым качеством. Более того, некоторые подобные приборы позволяют осуществлять электронное сканирование в пределах угла обзора, представляя собой некий аналог телекамеры на поворотном устройстве, но совершенно безынерционном. Прим. ред. ).

Объективы по фокусному расстоянию имеют только дискретные значения, т. е. нельзя заказать любое значение, например, 5.8 мм или 14 мм. Так что полезно знать наиболее распространенные фокусные расстояния объективов: 2.6 мм, 3.5 мм, 4.8 мм, 6 мм, 8 мм, 12 мм, 16 мм, 25 мм, 50 мм и 75 мм.

Некоторые производители выпускают объективы 3.7 мм вместо 3.5 мм, или 5.6 мм вместо 6 мм, но значения очень близки и практически нет никакой разницы в угле обзора.

Горизонтальные углы обзора, соответствующие приведенным выше значениям, отличаются друг от друга на 10°-15°. Этого вполне достаточно, чтобы охватить все практические ситуации, но если вам потребуется специальное фокусное расстояние, не перечисленное выше, поинтересуйтесь у поставщика, так как некоторые производители имеют вариообъективы с ручной установкой фокусного расстояния (как с ручной диафрагмой, так и с автоматической), причем фокусное расстояние таких объективов может меняться в пределах 6-12 мм или даже 8-16 мм. Правда, оптические качества таких объективов не столь высоки, как у объективов с постоянным фокусным расстоянием, из-за ограниченной точности и упрощенности движущихся элементов механизма объектива. Но опять же, качество во многих случаях — это вопрос цены.

Что же такое фокусное расстояние объектива на практике? Это, пожалуй, один из самых часто задаваемых вопросов при проектировании систем видеонаблюдения. Для определения углов обзора используются различные методы, и какой из них вы выберете — дело ваше, был бы доволен заказчик.

Ниже следует список практических методов.

Калькулятор-видоискатель. Это обычно калькулятор круглой формы, поставляемый производителем объектива (спросите у своего поставщика); чтобы подобрать объектив, необходимо знать три вещи: размер ПЗС-матрицы, расстояние между телекамерой и объектом и ширину объекта. Этих трех величин достаточно, чтобы калькулятор выдал фокусное расстояние в миллиметрах. Бывают калькуляторы такого же принципа в виде линейки.

Оптический видоискатель. Это устройство похоже на вариообъектив, но предназначен он не для телекамеры, а для проектировщика видеосистемы. Когда вы находитесь на месте наблюдения, вы можете вручную настраивать угол обзора в соответствии с требованиями заказчика. На шкале видоискателя указывается фокусное расстояние объектива, которое даст такой же угол обзора на конкретном типе телекамеры (2/3", 1/2" или 1/3"). Чтобы видеть так же, как «увидит» телекамера, место наблюдения должно быть выбрано как можно ближе к тому месту, где будет установлена телекамера. У этого прибора есть один недостаток: нельзя получить большой угол обзора, так как большинство оптических видоискателей обеспечивают фокусное расстояние только до 6 мм.

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(W oбъект /2d) ,

где a — это угол обзора (град), W объект  — 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.

Объективы с фиксированным фокусным расстоянием

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

Вариообъективы

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.

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.

Вот типичный пример: телекамера направлена в коридор (на заднем плане сильная подсветка), а мы пытаемся разглядеть лицо человека, идущего по направлению к телекамере. При нормальной настройке объектива лицо человека будет очень темным, так как свет заднего фона приведет к сужению отверстия диафрагмы. Но соответствующая ALC-настройка поможет компенсировать эту ситуацию сложной освещенности. Яркий задний план в этом примере станет белым, но на переднем плане станут различимы детали. Установка ALC обычно настраивает опорный уровень относительно средних и пиковых значений видеосигнала. Поэтому на ALC-регулировке объектива стоят отметки Peak и Average.

Стоит хорошо запомнить одну вещь: при настройке ALC нужно направлять телекамеру на зону с высокой контрастностью. Если сделать противоположное, то есть направить телекамеру на сцену с низкой контрастностью, с видеосигналом никаких заметных изменений не произойдет. Подстройка ALC в зоне с нормальной контрастностью может вызвать рассогласование, которое будет заметно только при изменении освещенности.

Все вышесказанное относится к большинству объективов с автодиафрагмой, которые управляются видеосигналом, поступающим на разъем автодиафрагмы, находящийся, как правило, на задней стенке телекамеры. Поэтому, а также потому, что существует и другая группа вариообъективов с автодиафрагмой — без управления видеосигналом от телекамеры, мы называем такой тип автодиафрагмы автодиафрагмой, управляемой видеосигналом (Video).

Рис. 3.46. Некоторые телекамеры могут управлять автодиафрагмой объективов обоего типа

Есть и другая подгруппа объективов — это вариообъективы с автодиафрагмой, управляемой сигналом постоянного тока (DC).

Такие объективы не имеют электронной схемы обработки видеосигнала, только микродвигатель, который раскрывает и закрывает отверстие диафрагмы. Вся обработка видеосигнала для таких объективов осуществляется в электронной схеме телекамеры. На выход этой схемы формируется постоянное напряжение, которое и раскрывает или закрывает лепестки диафрагмы в соответствии с уровнем видеосигнала в телекамере. Телекамеры с выходом DC, тоже снабжены регулировками Level и ALC, но они находятся на корпусе самой телекамеры, а не на объективе.

Следует подчеркнуть, что управляемые видеосигналом вариообъективы не могут использоваться с телекамерами, имеющими выход DC, а объективы DC не могут использоваться в телекамерах с видеовыходом на диафрагму. Некоторые телекамеры могут работать с обоими типами автодиафрагменных объективов, в этом случае имеется переключатель или отдельные клеммы для двух различных выходов. Следует обратить внимание на этот факт, иначе могут возникнуть трудноразрешимые проблемы. Другими словами, убедитесь в том, что типы функционирования автодиафрагмы у телекамеры и объектива совпадают.

Преимущество вариообъективов, управляемых видеосигналом, заключается в том, что они работают с большинством телекамер. Преимущество вариообъективов, управляемых сигналом постоянного током, в том, что они дешевле и не подвержены эффекту «рысканья» при изменении усиления.

Недостаток — не все телекамеры имеют выход DC. На сегодняшний день чаще используются объективы, управляемые видеосигналом (В настоящее время картина изменилась — изготовители телекамер в борьбе за место на рынке стараются вводить как можно больше опций, так что телекамер с возможностью управления объективами обоих типов сейчас большинство. Прим. ред. ).

Вариообъективы с сервоуправлением диафрагмой принадлежат к третьей подгруппе объективов, если рассматривать их с точки зрения функционирования диафрагмы. Механизм диафрагмы может контролироваться дистанционно и устанавливаться оператором в зависимости от условий освещенности. Такой тип объективов стал весьма популярным за последние несколько лет, особенно с развитием телекамер с электронным затвором.

Вместо электронной схемы, управляющей лепестками диафрагмы, для их управления используется постоянное напряжение, подаваемое блоком управления поворотным устройством и диафрагмой (PTZ), который контролирует степень раскрытия диафрагменного отверстия. Про PTZ мы расскажем позже, но в нескольких словах — это электронные блоки (Приемники телеуправления. Прим. ред. ), которые способны получать кодированные цифровые данные для управления поворотным устройством и функциями вариообъектива, а затем преобразовывать эти данные в напряжение, которое и управляет поворотным устройством. В случае объектива с сервоуправлением PTZ-блок должен иметь также выход для управления диафрагмой.

Если телекамера имеет электронный затвор, то лучше использовать именно его, а не автоматическое управление диафрагмой. То есть, электронный затвор — это наиболее быстрая и надежно управляющая в зависимости от освещенности часть телекамеры, но она не управляет глубиной резкости, достигаемой при высоких значениях F-числа диафрагмы. Оптическая диафрагма и электронный затвор (который по аналогии называют электронной диафрагмой — electronic iris. Прим. ред. ) не могут работать нормально одновременно. Телекамера обычно срабатывает к низким значениям F-числа (сильное раскрытие отверстия диафрагмы), что дает очень малую глубину резкости и высокую скорость электронного затвора, а это приводит к менее эффективному накоплению заряда, то есть дает большую размытость. Особенно это заметно, если такая система телекамера/объектив направлена на высококонтрастную сцену. Чтобы избежать низкого качества изображения и все же воспользоваться преимуществами быстрой и надежной работы электронного затвора, и более того, получить хорошую глубину резкости, используют объективы с диафрагмой с сервоуправлением. Конечно, она требует вмешательства оператора, но только тогда, когда этого требует изображение, так как электронный затвор работает непрерывно, компенсируя резкие изменения освещенности.

Заказывая вариообъективы, вы должны указать, нужен ли вам объектив с сервоуправлением диафрагмой, потому что производитель может поставить вам стандартный вариообъектив с управлением автодиафрагмы видеосигналом, так как они чаще используются.

И, наконец, еще раздавайте поговорим о вариообъективах с ручным управлением. Вариообъективы с ручным управлением и вариообъективы с сервоуправлением — это не одно и то же, функционируют они по-разному. Вариообъективы следует отнести к группе объективов с фиксированным фокусным расстоянием (см. замечание по этому поводу. Прим. ред. ). Они удобны в тех случаях, когда потребитель не знает, какой угол обзора ему понадобится, но всегда может вручную настроить объектив на другой угол обзора (изменением фокусного расстояния).

Предупреждение: критично относитесь к оптическому качеству вариообъективов с ручным управлением. По сравнению с объективами с фиксированным фокусным расстоянием у вариообъективов труднее обеспечить такое же оптическое разрешение из-за наличия подвижных частей. Конечно, бывают ситуации, когда качества вариообъектива с ручным управлением достаточно, но лучше всего судить по результатам испытаний.

С- и CS-крепление и задний фокус

Back-focus («задний фокус») — это очень важно в видеонаблюдении.

Под регулировкой «заднего фокуса» мы понимаем регулировку положения заднего фланца объектива относительно плоскости ПЗС-матрицы.

В настоящее время существуют два стандарта расстояний от заднего фланца объектива до плоскости ПЗС-матрицы:

С-крепление, соответствующее 17.5 мм (точнее 17.526 мм).

Это стандартное крепление, возникшее в первые дни телекамер с передающими трубками.

Крепление представляет собой металлическое кольцо с резьбой 1.00/32 мм, а удаление фронтальной поверхности от плоскости изображения равно 17.5 мм.

CS-крепление, соответствующее 12.5 мм.

Это новый стандарт, предназначенный для меньших по размеру телекамер и объективов. Здесь используется такая же, как и в С-креплении, резьба 1.00/32 мм, но оно почти на 5 мм ближе к плоскости формирования изображения. Стандарт отражает тенденцию к сохранению совместимости со старыми объективами с С-креплением (добавлением 5-мм кольца) и стремление к созданию более дешевых и миниатюрных объективов, соответствующих размерам ПЗС-матриц.

Поскольку оба стандарта используют резьбовой тип крепления объектива, то при установке могут возникнуть небольшие вариации в позиции объектива относительно ПЗС-матрицы. Поэтому возникает необходимость в небольших изменениях этого положения (регулировке заднего фокуса).

В фотографии, например, мы никогда не говорим о задней фокусировке, так как большинство марок фотоаппаратов выпускается с байонетным соединителем, который обеспечивает фиксированное положение объектива относительно плоскости пленки. Что касается камкордеров, то их объектив составляет неотъемлемую часть, так что задний фокус уже настроен и никогда не меняется.

Но в видеонаблюдении — совершенно другая история из-за модульной концепции комбинации телекамера/объектив и наличия резьбового крепления. Регулировка заднего фокуса особенно критична при использовании вариообъективов.

Чтобы достичь хорошей фокусировки во всем диапазоне работы трансфокатора, расстояние от объектива до ПЗС-матрицы в вариообъективах должно быть очень точным.

Очевидно, регулировка заднего фокуса применима и к объективам с фиксированным расстоянием, но в этом случае при фокусировке мы не обращаем внимания на указатель расстояния на кольце объектива. Если мы хотим достичь большей точности и задний фокус на фиксированном объективе настроен корректно, то указатель расстояния покажет действительное расстояние между телекамерой и объектом. Однако большинство установщиков при монтаже системы не обращает внимания на указатель на объективе, так как они хотят видеть четкое изображение на видеомониторе. И это прекрасно, но если мы хотим быть точными, то задний фокус следует регулировать у всех используемых в видеонаблюдении объективов. А для вариообъективов это особенно критично.

При настройке заднего фокуса необходимо принимать во внимание еще один важный фактор — эффект глубины резкости. Причина очень проста: если ПЗС-телекамера устанавливалась днем (а чаще всего так и происходит) и мы используем объектив с автодиафрагмой, то естественно, что диафрагма устанавливается на высокие значения F-числа, что дает хорошее изображение (при условии, что автодиафрагма подсоединена и работает правильно). Поскольку диафрагма установлена на высокое F-число, то и глубина резкости у нас большая. Изображение кажется четким, независимо от того, в какое положение мы устанавливаем фокусировочное кольцо. Однако ночью, в ситуации низкой освещенности, отверстие диафрагмы раскрывается полностью, и оператор видит расфокусированное изображение.

Это одна из самых распространенных проблем при установке новых систем. Если вы обращаетесь в сервис-центр, то разбираться с проблемой люди обычно приходят в дневное время, и если оператор не может точно объяснить, что он видит, то проблема может так и остаться нерешенной, так как изображение днем при высоком F-числе — великолепное.

Мораль отсюда такова: настройку заднего фокуса всегда проводите при низких F-числах.

Рис. 3.47. При использовании объектива с С-креплением и телекамеры с CS-креплением требуется C/CS переходное кольцо

Как добиться максимального раскрытия диафрагмы? Для этого можно пользоваться следующими способами:

— настраивайте задний фокус при низких уровнях освещенности в мастерской (самое простое);

— настраивайте задний фокус поздно вечером на месте;

— настраивайте задний фокус в дневное время, на месте, используя внешние нейтрально-серые фильтры.

Есть только одно исключение: если используется телекамера с электронным затвором, то диафрагма может быть полностью раскрыта даже днем, потому что электронный затвор будет компенсировать сигнал, вызывающий избыточный свет (если окажется достаточным динамического диапазона работы электронного затвора. Прим. ред. ). Это означает, что настройка заднего фокуса для телекамер с электронным затвором может проводиться даже днем, и при этом не будет нарушена глубина резкости и не понадобятся нейтральные фильтры. И, конечно же, не забудьте отключить электронный затвор после настройки, если вы хотите использовать автодиафрагму.

Рис. 3.48. Некоторым телекамерам не требуется C/CS-кольцо

Регулировка заднего фокуса

В последующих абзацах мы ознакомимся с процедурой корректной настройки заднего фокуса. Этот материал опирается на практический опыт и никоим образом не является процедурой в прямом смысле слова, но он даст вам хорошее понимание того, из каких операций должен состоять этот процесс. Мы должны также уточнить, что нередко при установке новой камеры с вариообъективом настройка заднего фокуса может и не потребоваться. Это легко проверить — сразу после того, как объектив будет навинчен на С- или CS-кольцо и телекамера будет подключена к видеомонитору. И конечно же, чтобы проверить, есть ли необходимость в регулировке, должны работать функции трансфокатора и фокусировки.

Идея состоит в том, чтобы получить максимально четкое изображение, то есть в случае использования вариообъектива, если он сфокусирован на объекте, объект должен оставаться в фокусе независимо от положения трансфокатора. Если это не так, то нужна настройка заднего фокуса.

Возникает вполне естественный вопрос: «Что же сложного в настройке заднего фокуса?».

Ответ носит довольно практический характер и не связан с проблемой глубины резкости. Дело в том, что вариообъективы в видеонаблюдении не снабжены указателем расстояний, мы можем навести фокусировочное кольцо на конкретное расстояние, затем установить объект на этом расстоянии и настроить телекамеру на отличное резкое изображение (конечно, потребуется видеомонитор), вращая объектив вместе с кольцом С-крепления или регулируя положение ПЗС-матрицы (вперед-назад) при помощи винтового механизма на телекамере. Но поскольку большинство вариообъективов не имеют обозначений расстояний, то довольно трудно определить, с чего начинать. Все объективы имеют две известные точки на фокусировочном кольце (предельные положения фокусировочного кольца):

— Фокусировка на бесконечность  (за этой точкой объектив не имеет фокуса) и

— Фокусировка на минимальное расстояние до объекта (MOD).

Последнее различно для различных объективов, то есть мы не знаем, каковым должно быть минимальное фокусируемое расстояние для конкретного объектива, пока не возьмем технические характеристики, которые могут и не поставляться с объективом или, что бывает довольно часто, могут потеряться в ходе установки.

В результате остается только одна известная точка фокусировки — бесконечность. Бесконечность — это конечно «бесконечность» не в буквальном смысле, но это достаточное большое расстояние, при котором объектив установлен на отметку  и мы получаем резкое изображение.

Рис. 3.49. Фокусировка вариообъектива на объекты, находящиеся на различных расстояниях

Рис. 3.50. Настройка заднего фокуса может оказаться довольно сложной

Чем больше фокусное расстояние объектива, тем больше расстояние до бесконечности должно быть выбрано. Для стандартных 10-кратных вариообъективов, используемых в видеонаблюдении (это обычно 8-80 мм, 10-100 мм или 16-160 мм) это расстояние составляет порядка 200–300 м и более. На такое расстояние в мастерской настроить сложно, поэтому технику, работающему с регулировкой заднего фокуса, приходится высовывать телекамеру из окна, и в этом случае ему понадобится внешний нейтрально-серый фильтр — чтобы минимизировать эффект глубины резкости (если, конечно, это не телекамера с электронным затвором).

Следующий шаг — настроить фокус на отметку «бесконечность». Для этого потребуется PTZ-контроллер, но это непрактично.

Я бы посоветовал смоделировать напряжения управления трансфокатором и фокусировки, используя обычную батарейку 9 В, подключив ее к соответствующим проводам. Не забудьте, что напряжение управления фокусировкой и трансфокатором лежит в пределах от ±6 В до ±9 В, и объектив имеет очень малое потребление тока, обычно менее 30 мА. 9-вольтовая батарейка может запросто управлять таким механизмом в течение довольно продолжительного времени; по крайней мере, этого времени достаточно для полного завершения процедуры настройки.

Единого стандарта цветового кода для обозначения кабелей объективов нет, но довольно часто, если к объективу не прилагается информационный листок, черный обозначает общий провод, провод управления трансфокатором — красный, а провод фокусировки — синий. Это не жесткое правило и если вы сомневаетесь, то несложно при помощи той же батарейки и видеомонитора этот вопрос прояснить. Вместо обычного видеомонитора можно использовать сервисный, это даже удобнее. Некоторые называют его «регулятор фокуса» (focus adjuster).

Фактически это маленький видеомонитор, работающий от аккумулятора, с резиновым окуляром, защищающим от избыточного света.

Рис. 3.51. C/CS-кольцо, входящее

Если использовать обычный видеомонитор на улице в в состав телекамеры яркий солнечный день, то изображение на экране будет видно очень плохо, так что мы настоятельно рекомендуем пользоваться сервисным видеомонитором.

Если в месте регулировки нет доступного видеомонитора, следует различать перемещение оптических элементов при фокусировке и при трансфокации. Это не так просто, так как вариообъективы выполнены в черных (или бежевых) корпусах, и мы не видим движущихся элементов. Однако есть простое правило: элементы трансфокатора не видны извне, если фокусировка осуществляется посредством первой группы линз объектива. При фокусировке эта группа оптических элементов поворачивается вокруг оптической оси и перемещается в то же время вдоль оптической оси, либо внутрь, либо наружу.

Все объективы подчиняются общему правилу: первая группа оптических элементов движется в направлении наружу при фокусировке на ближние расстояния, а при фокусировке на бесконечность — внутрь.

Более детальное объяснение дается в разделе, посвященном концепции фокусировки.

Итак, даже если вариообъектив не имеет указателей расстояний и коэффициентов трансфокации, полагаясь на вышеописанную логику, мы можем начать регулировку заднего фокуса. После подключения батареи к проводам фокусировки нам нужно сфокусировать объектив на бесконечность. Мы можем это сделать даже без видеомонитора: первая группа оптических элементов объектива должна достигнуть конечной позиции внутри объектива.

Следующий шаг — направьте телекамеру на бесконечно удаленный объект, находящийся на расстоянии, о котором мы уже говорили. Это могут быть деревья или антенны на горизонте.

Рис. 3.52. В некоторых ПЗС-телекамеpax используются миниатюрные шестигранные винты для секретного крепления кольца С-крепления к телекамере

А теперь, не меняя фокуса, выполните полное увеличение и уменьшение (zoom in, zoom out). Если изображение на видеомониторе будет четким на всем диапазоне трансфокации, то регулировка заднего фокуса не нужна. Если же С- или CS-крепление камеры не отрегулировано, мы не увидим резкого изображения на видеомониторе для всех позиций трансфокации.

Теперь продолжим регулировку, либо вращая объектив вместе с С-кольцом (при соответствующем типе телекамеры), либо перемещая ПЗС-матрицу при помощи специального винта регулировки заднего фокуса, либо (в других телекамерах) вращая большое кольцо с надписью C&CS.

Первый тип телекамер встречается чаще всего. В этом случае кольцо С- или CS-крепления обычно специально крепится при помощи миниатюрных шестигранных винтов. Перед регулировкой их необходимо ослабить, а после — закрепить обратно.

Затем при регулировке фокуса (после фокусировки с батарейкой и настройки на бесконечность), надо повернуть вариообъектив, но теперь вместе с кольцом (для этого мы и ослабили винт). Некоторые телекамеры снабжены специальным механизмом, позволяющим перемещать ПЗС-матрицу вперед-назад, это намного проще, так как в этом случае не надо поворачивать объектив.

При выполнении вышеописанных действий расстояние между объективом и ПЗС-матрицей меняется до тех пор, пока изображение не станет резким. Не забывайте, поскольку мы сделали глубину резкости минимальной — ведь мы максимально раскрыли отверстие диафрагмы (симулируя условия низкой освещенности), четкость наблюдаемых объектов будет настраиваться довольно легко.

Найдя оптимум, следует остановиться.

Следует обратить внимание, что провода фокусировки мы еще не использовали, то есть пока что нам нужно, чтобы вариообъектив был сфокусирован на бесконечность. Мы просто хотим убедиться, что при трансфокации объектив остается сфокусированным на бесконечность на всем диапазоне регулировки. Также нас не должно смущать, что объекты, находящиеся в «бесконечности», становятся меньше при «zoom out»; из-за уменьшения размеров изображения может создаваться впечатление, что они теряют фокусировку.

А теперь следующий шаг: трансфокация с использованием 9 В батарейки. Тщательно рассмотрите видеоизображение и убедитесь в том, что объекты «в бесконечности» остаются в фокусе при трансфокации. Если все в порядке, считайте, что задний фокус уже почти настроен.

Чтобы подтвердить это, предпринимаем следующий шаг: наводим телекамеру на объект, находящийся в паре метров. Теперь увеличиваем изображение объекта и используем для фокусировки соответствующие провода. Уточняя фокусировку, используйте провода трансфокации и уменьшите увеличение. Если объект остается в фокусе, то это и есть подтверждение корректной регулировки заднего фокуса.

И последний шаг: закрепите маленькие шестигранные винты (в случае соответствующей телекамеры) и закрепите C/CS-кольцо на телекамере.

Если эта процедура регулировки не увенчается успехом с первого раза, может потребоваться пара итераций, следующих той же логике.

Рис. 3.53. Приспособление для настройки фокуса

Можно представить, насколько важна механическая конструкция и устойчивость комбинации С-кольцо — ПЗС-матрица, особенно важна точность и «параллельность» взаимного расположения С-кольца и плоскости ПЗС-матрицы. Небольшие отклонения в одну десятую миллиметра расположения плоскости изображения могут вызвать изменения фокуса в пару метров на объекте. При плохой конструкции, например при закреплении С-кольца только одним винтом или плохом механическом изготовлении, могут появиться проблемы, даже если вся выше изложенная процедура будет проведена корректно. Так что не только объектив определяет качество изображения, но и механическая конструкция телекамеры.

Мы уже упоминали, что при настройке заднего фокуса нужен видеомонитор, что не удивительно. Хорошо, если регулировка осуществляется в мастерской, но если настройку заднего фокуса надо выполнить на месте, практически невозможно воспользоваться обычным видеомонитором. Причина не только в непрактичности требований к наличию сети электроснабжения (240 В переменного тока или напряжения, которое используется в вашей стране), но скорее из-за яркого освещения вне помещения по сравнению с яркостью монитора. Поэтому я бы рекомендовал использовать монитор-видоискатель (вроде таких, какие используются в камкордерах) с резиновым окуляром, защищающим от внешнего света и удобным в использовании. Плюс к этому, эти маленькие видоискатели-мониторы работают от батарейки и очень компактны. Некоторые производители изготавливают специальные видоискатели-регуляторы фокуса с индикатором, показывающим, когда объект в фокусе.

Небольшие и удобные приборы подобного типа позволяют выполнить качественную инсталляцию системы видеонаблюдения.

Оптические аксессуары в системах видеонаблюдения

Кроме объективов с фиксированным расстоянием или вариообъективов есть и другие оптические устройства.

Одно из самых популярных — это 2х телеконвертер (или удлинитель). Телеконвертер — это небольшое устройство, обычно размещаемое между объективом и телекамерой. 2х конвертер увеличивает фокусное расстояние в 2 раза. Фактически это означает, что 16 мм объектив становится 32 мм, а вариообъектив 8-80 мм становится 16-160 мм и т. п. Хотя следует отметить, что и F-число тоже увеличивается на одну ступень. Например, если 2х конвертер используется на объективе 16 мм/1.4, то результирующий объектив будет 32 мм/2. Регулировка заднего фокуса на объективе с 2х конвертером может оказаться намного более сложной. Вначале рекомендуется выполнить регулировку заднего фокуса самого вариообъектива, и только затем добавить конвертер. Некоторые вариообъективы комплектуются встроенным телеконвертером, удалить который все же можно при помощи специального управляющего напряжения. Для этих целей можно использовать дополнительный выход с блока управления. В целом оптическое разрешение объектива с конвертером уменьшается, и если в нем нет особой необходимости, следует избегать его использования. Следует отметить, что существуют и 1.5х конвертеры.

Другие дополнительные устройства — это внешние нейтрально-серые фильтры (ND-фильтры). Фильтры могут иметь различные коэффициенты ослабления света — 10х, 100х, 1000х.

Их можно комбинировать для получения большего коэффициента ослабления. Как мы уже говорили, внешние ND-фильтры могут сослужить хорошую службу при регулировке заднего фокуса и настройке автодиафрагмы. Поскольку они представляют собой стеклянные пластинки, вам придется как-то фиксировать их перед объективом. Чтобы ими было удобнее пользоваться, можно сделать что-то вроде держателя.

Поляризационные светофильтры могут потребоваться, если, например, телекамера направлена на окно или поверхность воды. Тогда из-за отражения света и бликов трудно разглядеть, что происходит за стеклом или на поверхности воды.

Поляризационные фильтры минимизируют эти нежелательные эффекты. Однако у них есть и небольшой недостаток — поляризационный фильтр требует вращения самого фильтра. Если неподвижно установленная телекамера направлена на фиксированную область, требующую использования поляризационного фильтра, то все прекрасно; а вот для телекамеры, установленной на поворотном устройстве, его использовать невозможно, так как она все время меняет свое положение, а объектив вращается при фокусировке.

В особых случаях, когда стоит задача наблюдения очень маленьких объектов, можно сфокусировать объектив на предметах, находящихся гораздо ближе, чем минимально допустимое расстояние до объекта (MOD). Этого можно достичь при помощи специального набора удлинительных колец, которые можно приобрести у некоторых поставщиков. Гораздо проще и удобнее использовать дополнительные кольца CS-крепления. Комбинируя одно или несколько колец в зависимости от фокусного расстояния, можно добиться макрообзора. Это может оказаться полезным при исследовании компонентов печатных плат, штампов, выявлении фальшивых купюр, изучении насекомых и других миниатюрных объектов.

Рис. 3.54. Оптические аксессуары

Рис. 3.55. Нейтрально-серый фильтр 1000х

Рис. 3.56. Удлинительные кольца