Текст книги "CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии"

Автор книги: Владо Дамьяновски

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 42 страниц)

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 = c_ПЗСd/W_ОБЪЕКТ

Рис. 3.38. К выводу простой формулы «выбора объектива»

где f – это фокусное расстояние объектива (мм), с_ПЗС – это ширина ПЗС-матрицы (мм), d – это расстояние от телекамеры до объекта (м) и W_ОБЪЕКТ – 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 W_ПЗС и W_ОБЪЕКТ следует использовать h_ПЗС и h_ОБЪЕКТ, 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.