Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Чтобы измерить эту способность, используется испытательная таблица, состоящая из черных ибелых полосок с различной плотностью (пространственным периодом), обычно выражаемую в«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения61Рис. 3.18. Частотно-контрастная характеристика — ЧKX(CTF, contrast transfer function)и функция передачи модуляции — ФПМ (MTF, modulation transfer function)линиях на миллиметр (линий/мм). При подсчете разрешающей способности линзы (линий/мм)мы учитываем и белые, и черные линии.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 отчерного к белому (в виде синусоиды), а не на полосках, которые резко переходят от черного к белому.
В особой мере это относится к объективам, используемым в телевидении, так как оптическийсигнал в этом случае преобразуется в электрический, который легче описывается и оцениваетсяпри помощи синусоидальных характеристик. Эта характеристика называется функцией передачимодуляции (ФПМ).Однако на практике оказывается гораздо проще сделать тестовую таблицу с черно-белыми полосками, а не с синусоидальным переходом от черного к белому. ЧКХ и ФПМ — это не одно и то же, нопри помощи ЧКХ гораздо проще измерить и с достаточно большой точностью можно описатьобобщенные характеристики линзы.Самая простая аналогия, которая поможет нам понять, что такое ФПМ, — это спектральный откликаудиосистемы.
В аудиосистеме мы рассматриваем уровень выхода (напряжение или звуковоедавление) в зависимости от частоты аудиосигнала. В оптике мы делаем то же самое, только ФПМвыражается в виде зависимости контрастности (от 0 до 100%) от пространственной плотности(в линиях/мм), как мы видели на рис. 3.18.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»623. Оптика в системах видеонаблюденияCCTVРазличные объективы имеют различные ФПМ-характеристики в зависимости от качества стекла,оптической конструкции и применения.
Например, фотографические объективы будут иметь лучшуюФПМ, чем объективы для видеонаблюдения. Причина проста: структура фотопленки может регистрироватьболее 120 линий/мм, и производителям приходится выпускать объективы более высокого качества, чтобыминимизировать ухудшение картинки при увеличении изображения на пленке до размеров постера.ПЗС-матрицы имеют меньшую разрешающую способность, чем ту, которую обеспечивает кристаллическаяструктура пленки. С технической точки зрения нет никакой необходимости переходить на производстводорогих объективов намного большего разрешения, чем разрешающая способность ПЗС-матрицы.
Однако сминиатюризацией ПЗС-матриц мы все ближе и ближе подходим к границам пленочного разрешения, так что вбудущем 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-матрицыформата 1/2", то придем к заключению, что максимальное возможное число вертикальных линий (чернобелых пар) равно (500:6.4):2 = 39 линий/мм. Это разрешение легко достигается большинством ТВобъективов, так как оптическая технология можетлегко обеспечивать более 50 линий/мм.
Но длячерно-белой ПЗС-матрицы формата 1/3" с той жеплотностью в 500 пикселов по горизонтали мы ужеговорим о (500:4.4):2 = 57 линий/мм. Это значит чтоПЗС-телекамера формата 1/3" требует объективабольшего разрешения, чем телекамера формата 1/2".Различные объективы имеют различные ФПМ-характеристики, и иногда на основе этих характеристикприходитсярешать,какойобъективследуетиспользовать.Рис.
3.19. ФПМ-кривые для двух различныхобъективовРассмотрим пример, представленный на графике. Мы можемтрактовать его следующим образом: ФПМ объектива А распространяется на область высоких пространственныхчастот, а это означает, что он может передать более мелкие детали, чем объектив В. Объектив В имеет лучший откликна низких частотах. Если нам нужен объектив для получения высокой разрешающей способности, например, дляпленки, то лучше выбрать объектив А, а для видеонаблюдения, где ПЗС-матрица не может различить более 50линий/мм, лучше обойтись объективом В, с ним будет выше контраст.F и Τ числаКроме 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 объективев виде F/1.4 или иногда в другой форме 1:1.4 (Величина, обратная числу F, называется относительнымотверстием, то есть, например, если F=1.4, то относительное отверстие 1:1.4. Однако на практике нередкоотносительным отверстием называют само число F, то есть в нашем примере, 1.4. Прим. ред.).
F-числозависит от фокусного расстояния объектива и эффективного диаметра области, через которую проходятлучи света. Эта область может изменяться передвижением механических лепестков, которые мы обычноназываем ирисовой диафрагмой.Следует отметить, что эффективный диаметр объектива — это отнюдь не действительный диаметробъектива, а диаметр изображения диафрагмы, если смотреть на него с передней стороны объектива.Первый диаметр обычно называется входным зрачком. А есть еще и выходнойзрачок, как показано на рис.
3.21. Сама ирисовая диафрагма расположена между этими двумя зрачками имежду двумя главными точками.«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения63Рис. 3.20. Положение и размер диафрагмы зависят от типа и конструкции объективаЧем 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 характеризуетспособность 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 времяэкспозиции пленки путем увеличения количества света (низкое F-число); это позволяло сделатьснимок 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 кругус диаметром 16/1.4 = 11.43 мм — эквивалентно потому, что лепестки диафрагмы образуют треугольное, квадратное, пятиугольное или шестиугольное отверстие.Рис. 3.21. Определение положения диафрагмыhttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»643. Оптика в системах видеонаблюденияCCTVЧтобы понять, почему именно такова последовательность F-чисел, нам придется проделать рядвычислений.Начнем с предыдущего примера — рассмотрим объектив 16 мм/1.4 — и найдем площадь полностью открытого отверстия (т.е. при F/1.4):(31)Давайте теперь уменьшим эту площадь вдвое, т.е.
пусть она будет равна 51.25 мм2, и подсчитаемдиаметр отверстия диафрагмы:(32)Где SQRTозначает 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-числопропускает 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-числаотносятся к отверстию диафрагмы на минимальномфокусном расстоянии вариообъектива.
Очевидно,что при этом получается наилучшее «светособирающее число» для любого объектива. Длявариообъектива при установке наибольшегофокусного расстояния F-число всегда меньше, чем наминимальном фокусном расстоянии. Но было быошибкой предполагать линейную зависимостьРис. 3.22. Вариообъективы становятся всеболее популярнымимежду F-числом и фокусным расстоянием.
В частности, объектив 8-80 мм/1.4 обеспечивает эффективный диаметр диафрагмы 8/1.4 = 5.7 мм, а длятакого 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. Месторасположения диафрагмы может перемещаться в зависимости от движения частей вариообъектива, подчиняясь нелинейному закону. В большинстве случаев на больших фокусных расстояниях Fчисла 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 впотери 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, которыйвсегда меньше 100%.Поэтому многие профессионалы предпочитают использовать не F-числа, аТ-числа. Вопределении 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% до99%), то очевидно, что Т-число будет несколько больше, чем F-число.«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения65Рис.
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.Глубина резкостиТеоретически 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 будутрезкими. 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. Этоочень характерно для портретной съемки телеобъективом, у которого глубина резкости невелика.В системах видеонаблюдения, однако, часто требуется противоположный эффект.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
