Разновидности стандартных объективов

Телевизионные объективы имеют много разновидностей, от малень­ких и недорогих, до больших, дорогих, моторизированных, увеличиваю­щих объективов с автоматической ИД. Каждая камера используется для просмотра определённой сцены и должна нести определённую информа­цию от сцены, в частности, при использовании камеры в приложениях безопасности. Простое наблюдение небольшого коридора или комнаты, для определения присутствия человека, требует простой объектив. Но для того чтобы определить действия человека на расстоянии 50 ... 70 м требуется высококачественный длиннофокус­ный объектив и камера с высоким разрешением.

Постоянное фокусное расстояние. Большинство объективов, ис­пользуемых в ТВ приложениях, – это объективы с постоянным фо­кусным расстоянием (ПФР). Большая часть из них выпускается с ручной ИД. Объективы с очень коротким фокусным расстоянием (менее 6 мм) часто не имеют кольца фокусировки или ручной ИД. Объективы с ПФР составляют большую часть действующих. Их положительные качества – низкая цена, простота управления и долгий срок службы.

Объективы с фокусным расстоянием более 150 мм – большие и дорогостоящие. При увеличенном фокусном расстоянии диаметр объек­тива увеличивается и поэтому в значительной степени растёт цена.

Широкоугольный просмотр. Человеческий глаз имеет перифе­рическое зрение и может обнаруживать присутствие и движение объ­ектов в широком угле (160°). Но сфокусированную сцену глаз видит только в центре — 10° угла поля зрения. Никакая телевизионная ка­мера не имеет этой уникальной характеристики глаза. Но угол обзора телевизионной системы может быть увеличен (или уменьшен) заменой объектива с коротким (или длинным) фокусным расстоянием. Глаз не может изменить свой угол поля зрения.

Для увеличения УПЗ ТВ камер используют короткофокусные объ­ективы. Выбор объектива с различ­ными фокусными расстояниями позволяет найти оптимальное решение: уменьшая фокусное расстояние, возрастает угол обзора, но уменьшается увеличение, этим самым, делая объекты на сцене меньше и менее разли­чимыми (т.е. уменьшая разрешение); увеличение фокусного расстояния имеет противоположный эффект.

Объектив с фокусным расстоянием 4,8 мм – пример широкоуголь­ного объектива; он имеет УПЗ 96° по горизонтали на 72° по верти­кали на 2/3-дюймовом сенсоре. Сверхширокоугольные УПЗ для 1/2-дюймового сенсора имеют фокусное расстояние 2,6 мм, с УПЗ по го­ризонтали примерно 117° и 88° по вертикали. Использование широко­угольных объективов уменьшает разрешение или возможность разли­чения объектов на сцене.

Просмотр через телеобъектив (телефото). Когда фокусное рас­стояние линз возрастает выше стандарта 16 мм на 2/3-дюймовой каме­ре, 12 мм на 1/2-дюймовой камере или 8 мм на 1/3-дюймовой камере, УПЗ уменьшается и растёт увеличение. Такие объективы называют теле­объективами или узкоугольными.

Ряд приложений требует просмотра сцен, удалённых от камеры на сотни метров. Чтобы обна­ружить и/или идентифицировать объекты, лица или действия на этих расстояниях, требуются длиннофокусные объективы. Длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием между 150 и 1200 мм обычно используются вне помещения для просмотра парковок или удалённых объектов. Эти большие объективы требуют очень прочной установки, что­бы получить хорошее качество изображения. Объективы должны быть большие (100 ... 300 мм в диаметре), чтобы собирать достаточное коли­чество света от удалённой сцены и обеспечивать пригодные f-числа (1,4...8) для ТВ камеры.

Изменение масштаба, переменное фокусное расстояние. Ком­поненты линз в объективе с переменным фокусным расстоянием пе­ремещаются, чтобы изменить их относительные физические позиции, этим самым, изменяя фокусное расстояние и угол обзора в определён­ном диапазоне изменений.

Изменение масштаба – регулировка линз, которая позволяет ви­деть детали объекта (центр сцены) крупным планом или широко (общий вид). Объектив с переменным фокусным расстоянием (ПерФР) позволя­ет плавно, непрерывно изменять угол обзора, следовательно, угол обзора может быть сделан уже или шире в зависимости от установок объекти­ва. В результате может быть сделано приближение или удаление от сцены, что создаёт впечатление движения камеры, даже если камера остаётся в фиксированной позиции.

Объективом с переменным фокусным расстоянием, угол поля зрения ТВ каме­ры может быть изменён без замены линз. Регулируя кольцо изменения масштаба, можно просматривать сцену с узким, средним или широким углом, что позволяет начать просматривать сцену с широкоугольным ви­дом и затем исключить часть сцены, которая не представляет интереса.

Объектив с ПерФР — искусно спроектированная совокупность групп линз, которые могут двигаться, изменяя фокусное расстояние от широ­кого угла до узкого угла (телеобъектив), тогда как изображение на сен­соре остаётся в фокусе. Объектив с ПерФР объединяет, по крайней мере, три группы линз.

1. Группа линз на внешней (входной) стороне объектива может регулировать фокус линз на ограниченном расстоянии с помощью внешнего кольца.

2. Между внешней стороной и задней стороной объектива – груп­па линз изменения масштаба, которая перемещается (с переднего плана до заднего) с помощью отдельного внешнего кольца изменения масшта­ба. Группа линз изменения масштаба также содержит корректирующие элементы, чтобы получить изображение наилучшего качества во всём диапазоне изменения масштаба. Другие линзы в этой группе перемеща­ются на незначительные расстояния, автоматически регулируя и сохра­няя изображение на сенсоре в чётком фокусе, этим самым минимизируя регулирование изображения сцены с передней фокусирующей группы.

3. В конце объектива располагается задняя неподвижная трансля­ционная группа линз, которая определяет конечный размер изображе­ния, фокусируемого на сенсоре камеры.

Каждая группа обычно состоит из нескольких линз. Когда группа линз изменения масштаба спозиционирована правильно, она видит изоб­ражение, производимое входной группой линз, и создаёт новое изобра­жение из него. Задняя трансляционная группа линз принимает изоб­ражение от группы линз изменения масштаба и передаёт его на сенсор камеры. В хорошо спроектированном объективе сцена с широким уг­лом (короткое фокусное расстояние) плавно преобразуется в сцену с узким углом (телефото) при высококачественной фокусировке во всех промежуточных положениях.

Игольчатые объективы (Pin-hole)– специального применения в безопас­ности со сравнительно небольшим передним диаметром, чтобы объек­тив может скрываться в стене, потолке или другом объекте. Скрытая камера и игольчатый объектив устанавливают в устройстве аварийного освещения, выходных табличках, на потолке в осветительных приборах, противопожарных датчиках, настольных лампах т.п. Любой предмет, спо­собный разместить камеру и игольчатый объектив, а также замаскиро­вать или спрятать элементы торцевой линзы, – кандидат для скрытой установки. На практике игольчатые объективы имеют торцевой диаметр 1 ... 5 мм и могут быть успешно спрятаны.