Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Мы хотим, чтобыкак 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, тембольше глубина резкости; чем больше значение числа F, тем больше глубина резкости, ичем меньше формат объектива, тем больше глубина резкости.Эффект глубины резкости объясняется так называемым допустимым пятном рассеяния.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV.
Библия видеонаблюдения»663. Оптика в системах видеонаблюденияCCTVРис. 3.24. Объяснение глубины резкостиДопустимое пятно рассеяния — это пятно проекции зоны резкости. Если наименьший элементизображения (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, впределах пятна, будут выглядеть одинаково резкими, так как это реальный размер пиксела. Отсюда понятно, что размер допустимого пятна рассеяния для телекамеры определяется размерамипиксела 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 даетрезкие 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 коемслучае не должны забывать, особенно при регулировке так называемого заднего фокуса (backfocus). Если задний фокус не настроен должным образом, и телекамера установлена при дневномсвете (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 настроеннекорректно) — это самый большой источник разочарования при 24-часовом функционированиисистемы. Причины становятся очевидны ночью, когда отверстие диафрагмы раскрывается из-занизкого уровня освещенности (при условии нормального функционирования автодиафрагмы), глубина резкости снижается, и получаются несфокусированные изображения, несмотря на то, чтоРис.
3.25. Фотографии с низким и высоким значением числа F (объектив сфокусирован на центра/гьный объект)«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3. Оптика в системах видеонаблюдения67днем 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 опятьпроявятся «необъяснимые» эффекты.Мораль отсюда такова: регулировка заднего фокуса (это мы тоже обсудим позже) должна бытьпроведена при полном раскрытии диафрагмы. Самый простой способ получить максимальноеотверстие — настраивать при малом уровне света, что доступно вечером (или ночью), или можноискусственно снизить количество дневного света при помощи внешнего фильтра нейтральнойплотности (ND) (обычно его помещают перед объективом).
Все это делается ради того, чтобыуменьшить глубину резкости и таким образом сделать регулировку заднего фокуса проще и точнее.Довольно часто при использовании черно-белых телекамер с инфракрасным светом возникаетдругой эффект. Из-за того, что инфракрасный свет имеет довольно большую длину волны (по сравнению с обычным светом) и меньший показатель преломления, плоскость сфокусированногоизображения размещается немного позади плоскости ПЗС-матрицы. Для дальнейшего поясненияфеномена сошлемся на раздел разложение света призмой.
Если днем изображение резкое, то вночное время объекты на том же расстоянии будут не в фокусе. Это довольно заметный и нежелательный эффект. Чтобы минимизировать его, необходим специальный объектив с компенсациейинфракрасного света (некоторые производители для этой цели выпускают специальные стеклянные линзы). Однако, вот более практичное и общее решение: настроить задний фокус объективателекамеры ночью при инфракрасном свете, в этом случае глубина резкости будет минимальна, аобъекты — в фокусе. Днем глубина резкости увеличит зону резкости до большего диапазона,компенсируя разницу между фокусом при инфракрасном и нормальном свете.Фильтры нейтральной плотностиВыше, обсуждая F-числа, мы упоминали ряд F-чисел: 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32 и т.д.
Этотсписок 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. Чувствительностьэмульсии пленки такова, что даже в солнечный день такое F-число в совокупности с доступнойскоростью затвора достаточно для компенсации избыточного света.Чувствительность пленки измеряется в единицах ISO, а обычно используемая в повседневных целяхпленка имеет чувствительность 100 единиц ISO.ПЗС-матрицы гораздо более чувствительны, чем пленка в 100 единиц ISO, особенно черно-белыематрицы.
Зная уровень света, F-число и скорость затвора фотокамеры, типичное время экспозицииПЗС-телекамеры (1/50 с для CCIR) и установку диафрагмы, мы можем посчитать чувствительностьчерно-белой ПЗС-матрицы — она близка к значению в 100 000 единиц ISO. Это довольно высокаячувствительность.Рис. 3.26. Встроенный в объектив нейтрально-серый фильтрhttp://www. itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»68CCTV3.
Оптика в системах видеонаблюденияВ переводе на обычный язык это означает, что ПЗС-матрица настолько чувствительна, что низкийуровень света не будет проблемой (хотя Вы могли не раз слышать от потребителей: «Насколькочувствительна ваша телекамера?»), а проблемой скорее будет сильный свет.Поскольку телекамеры имеют только одно время экспозиции, 1/50 секунды в CCIR и SECAM и 1/60секунды 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 чувствительноститребуется 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 покрытиемнейтрального цвета, размещаемая посерединеобъектива, близко к плоскости диафрагмы. Фильтрделается менее прозрачными по направлению ксередине концентрических колец.
Нужное F-число,таким образом, достигается путем комбинациисредств механической диафрагмы (положениелепестков)иоптическогонейтрально-серогофильтра (оптическое ослабление). Это очень простойи эффективный способ борьбы с сильным светом.Фильтры называются нейтральными, потому что ониослабляют все длины волн (цвета) равномерно,таким образом не меняя ветовой композицииизображения.Рис. 3.27.
ND-фильтр в объективе с автодиафрагмойСледует отметить, что очень важна оптическаяточность таких тонких пленок, так как при увеличении F-числа должны сохраняться ФПМхарактеристики объектива. Теоретически, разрешающая способность любого объективамаксимальна в середине диапазона установок механической диафрагмы и уменьшается по мереувеличения или уменьшения F-числа (это отличается от эффекта глубины резкости), нонейтрально-серый фильтр может его еще более снизить. Будет это заметно, либо нет, зависит отобщих 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 дваили 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 логическуюцепочку: 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 210или 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.«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
