MÔJ KOŠÍK
Môj košík je prázdny
Monitoring
Monitoring - základné informácie
Internetový CCTV SPRIEVODCA - Objektívy
 
Objektív kamery
Optický prvok použitý na projekciu obrazu na svetlo citlivý povrch snímača.
ZÁKLADNÉ PARAMETRE A FUNKCIE OBJEKTÍVOV
Ohnisková vzdialenosť
Vzdialenosť od optického stredu objektívu, v ktorom sa tvorí obraz objektu po optický snímač - udávaný v milimetroch.
Pre danú veľkosť senzoru a ohniskovú vzdialenosť, môžeme vypočítať uhol viditeľnosti kamery. Uhol pohľadu je nepriamo úmerný ohniskovej vzdialenosti, takže veľká vzdialenosť znamená malý uhol pohľadu a naopak. Čím väčší senzor, tým širší uhol.
Clona
Zariadenie na reguláciu otvoru, ktorý mení množstvo svetla dopadajúceho na optický snímač CCTV kamery. Objektívy s pevnou clonou sú označované ako "NO IRIS" (bez clony).
Clonové číslo objektívu - F-číslo
Vlastnosť objektívu prenášať svetlo, udávané v F škále. Rozsah F čísel je: 1; 1.4; 2; 2.8; 4; 5.6; 8; 11; 16; 22; 32; 45; 64 atď. So zvýšením F čísla o jeden krok, sa množstvo svetla prechádzajúceho objektívom zníži o polovicu. V nasledujúcej tabuľke je udané množstvo svetla prechádzajúce objektívom pri rôznom F čísle.
F

Množstvo svetla

1.0 100%
1.4 50%
2.0 25%
2.8 12.5%
4.0 6.3%
5.6 3.13%
8.0 1.6%
16 0.8%
Vzťah medzi F číslom a množstvom prechádzajúceho svetla
Ak je clona úplne zavretá, číslo F je rovné nekonečnu (tiež môže byť označená ako zavretá clona).
Veľmi často sú zobrazené dve hodnoty F čísla, prvé označuje maximálne otvorenie clony a druhé minimálne.
Hĺbka ostrosti
Vzdialenosť od objektívu po objekt kedy je ešte zobrazený objekt ostro. Vo všeobecnosti sa hĺbka ostrosti zväčšuje s uzavretím clony a znižovaním ohniskovej vzdialenosti. Toto pravidlo používajú napríklad fotografi, ktorí používajú dobré osvetlenie a zníženie clony (zväčšia F číslo) pre dosiahnutie dobrej hĺbky ostrosti. Keď použijeme objektív s automatickou clonou a klesne osvetlenie, hĺbka ostrosti sa zníži. Zvyčajne sa snažíme aby hĺbka dosiahla nekonečna, takže objekty, ktoré sú ďalej ako minimálna vzdialenosť sú ostré. S veľkou hĺbkou ostrosti, regulácia ostrosti v širokých rozsahoch neovplyvňuje ostrosť obrazu.
Hĺbka ostrosti sa mení spolu s uzavretím clony. Sivá plocha - rozsah hĺbky ostrosti
Prenosové číslo šošovky(T)
Ukazovateľ reálnej schopnosti prenosu svetla. Tento ukazovateľ umožňuje hodnotiť kvalitu objektívov v absolútnom poňatí, pretože berie do úvahy všetky faktory ako napríklad vlastnosti skla, jeho možnosť filtrovať frekvencie svetla atď.
Ďalšie dôležité parametre:
maximálne rozlíšenie, ostrosť a kontrast obrazu, korekcia farieb chromatickou odchýlkou.
Rozdelenie objektívov - podľa použitia:
Uhoľ pohľadu:
  • malý (tele-objektívy), ohnisková vzdialenosť je väčšia ako uhlopriečka senzoru,
  • stredný, ohnisková vzdialenosť je blízka uhlopriečke senzoru,
  • široký, ohnisková vzdialenosť je menšia ako uhlopriečka senzoru.
Typ clony:
  • bez clony: lacné objektívy navrhnuté pre použitie s jednoduchými kamerami,
  • s manuálnou clonou,
  • s automatickou clonou.
Ohnisková vzdialenosť:
  • pevná, vyrobené objektívy majú typické hodnoty ako 2.5; 3.6; 4.0; 6.0; 12.0; 16.0; 25.0 mm,
  • variabilný (varifocal, zoom), používané vtedy, keď sa pozorované objekty menia, alebo keď je potrebné mať premenlivé ohnisko, tiež sú tu typické hodnoty: 3.5-8 mm (1/3" senzory); 6-12 (kamery s 1/2" senzormi),
  • diaľkovo ovládaný (označovaný ako motor-zoom).
Typ upevnenia. Bežné sú dva typy: C a CS, Vzdialenosť od povrchu senzora po upevnenie je 12.5mm pre CS objektív, a 17.526mm pre C objektív. Závity s menším priemerom sú použité pri doskových kamerách. Viac o upevnení tu
Veľkosť objektívu a veľkosť optického snímača. Veľkosť obrazu, ktorý môže prechádzať cez objektív je udávaný v palcoch podobne ako veľkosť optického snímača. Výrobcovia udávajú maximálnu veľkosť, s ktorou môže objektív pracovať. Objektív preto musí byť prispôsobený veľkosti snímača vždy je možné použiť väčší objektív ako snímač, čo môže byť použiteľné v niektorých prípadoch, kedy sa zníži deformáciu obrazu (deformácia sa zvyšuje s narastajúcou vzdialenosťou od osi šošovky). S rovnakým objektívom, menší snímač má za následok zobrazovať menšiu časť sledovaného objektu. Existujú bežné objektívy vhodné pre snímače: 1", 2/3", 1/2", 1/3" a 1/4" (v budúcnosti aj objektívy pre 1/5" snímače).
Výber ohniskovej vzdialenosti
Vhodná veľkosť snímača, ohnisková vzdialenosť a uhol pohľadu sa dá vypočítať. Uhol pohľadu je nepriamo úmerný od ohniskovej vzdialenosti. Treba poznamenať, že uhol pohľadu 30 stupňov v horizontálnej rovine je podobný ľudskému pohľadu. A tento uhol môžeme dosiahnuť, keď je ohnisková vzdialenosť a veľkosť optického snímača rovnaká. Napríklad objektív s ohniskom 6.2 mm a optickým snímačom 1/4".
Schéma optického systému objekt-objektív-optický snímač a iných súvisiacich parametrov.
Keď poznáme formát optického snímača, vzdialenosť pozorovaného objektu a jeho rozmery, dá sa vypočítať ohnisková vzdialenosť, ktorá je potrebná a aký bude mať kamera s objektívom zorný uhol. Výpočet pre pravouhly optický snímač treba spraviť pre horizontálnu aj vertikálnu os.
Teleskopy, kalkulačky, grafy, vzorky objektívov. Vybrať správny objektív sa dá pomocou vzoriek, kalkulačiek, grafov a špeciálnych teleskopov zvaných hľadáčiky. Ak je to možné dá sa skúšať, z množstva objektívov, ktoré sú vhodné pre danú úlohu. Výber ohniska založenú na grafoch spočíva v odčítaní hodnoty ohniskovej vzdialenosti v závislosti od šírky, vzdialenosti objektu a veľkosti snímača. Ich nevýhoda je malá presnosť, spôsobená tým, že nie je možné pripraviť grafy pre všetky možné prípady.
Hľadáčik je umiestnený na miesto kde ma byť nainštalovaná kamera, potom treba nastaviť regulačné krúžky na získanie požadovaného obrazu. Na koniec stačí len prečítať hodnotu ohniskovej vzdialenosti.
Pevné alebo varifocal (zoom) objektívy
Po nejakom čase fungovania systému, si môžeme ujasniť, ktoré objekty chceme pozorovať. Preto, aj napriek vyššej cene, je lepšie používať varifocal objektívy. Umožnia nastaviť širší alebo užší uhol pohľadu aj po tom ako je systém nainštalovaný.
Výber clony
Mali by sme si pamätať, že citlivosť kamery je udávaná pre určitú clonu tj. 0.05 lx F=1.2 a keď použijeme objektív s F1.8, citlivosť bude menšia, pretože na optický snímač dopadne menej svetla. V súčastnosti sú dostupné "svetlé" objektívy F=1.0. Takéto objektívy v kombinácii s vysoko citlivou kamerou umožňujú monitorovať priestory s veľmi zlými svetelnými podmienkami. Typicky sú používané objektívy s F=1.2-64. Avšak použitie kamery s vysokou citlivosťou napríklad 0.01 lx, môže silné svetlo preexponovať obraz (minimálna clona nie je schopná adekvátne upraviť svetlo). V tomto prípade by sme mali použiť objektív s väčším maximálnym F číslom, alebo zmeniť kameru za menej citlivú. Iné riešenie je použitie sivých filtrov, ale tie zasa znížia citlivosť pri nízkom svetle. V skutočne silnom slnečnom svetle, môže dôjsť k situácii keď ani automatická clona nezaručí dobrý výsledok. Obraz na monitore nebude mať rovnaký jas v celom poli. V závislosti od nastavenia objektívu sa môže stať napríklad, že stredná časť bude preexponovaná a okrajová pod exponovaná.
Tieto problémy sa dajú riešiť pomocou objektívov, ktoré sú vybavené špeciálnymi filtrami umiestnenými v strednej časti povrchu šošovky.
Manuálne nastaviteľná clona
Je používaná v stabilných svetelných podmienkach, poväčšine vo vnútri budov. Nastavenie je vykonané raz, krúžkom alebo páčkou.
Okrem manuálnej clony, sú aj dva typy automatickej.
Elektronická clona ("EAI" - Electronic Auto Iris or "EI" - Electronic Iris)
Tento druh automatiky je používaný k zmene svetelných vlastností, keď je použitá manuálna clona. Keď chceme použiť kameru vo variabilných svetelných podmienkach, napríklad od úplnej tmy do slnečného svetla treba nastaviť manuálnu clonu ako otvorenú. Dá sa dosiahnuť dobrá citlivosť, ale môžu sa vyskytnúť problémy s hĺbkou ostrosti. Toto nieje tak problematické vo vnútorných aplikáciách. V prípade stabilného svetla, treba pre zlepšenie hĺbky ostrosti clonu zavrieť. Avšak v tomto prípade nemusí byť jas uspokojivý. Základná výhoda elektronickej clony je možnosť použitia s jednoduchými objektívmi s manuálnou alebo pevnou clonou.
Automatická clona ("AI" - Auto Iris)
Necháva dopadať na snímač konštantné množstvo svetla, bez ohľadu na svetelné podmienky. Uzávierka môže byť nastavená na 1/50s a AI objektív sa buď zatvára alebo otvára podľa svetelných podmienok. Kamera s AI objektívom dobre spolupracuje v dynamických svetelných podmienkach. Z pravidla treba tento druh objektívu, pri vonkajšom monitorovaní pracujúcom vo dne a noci. Kamera s AI je vybavený konektorom používanou pre kontrolu AI objektívov. V závislosti od signálu z konektora objektív otvára a zatvára clonu, tak aby udržala konštantná úroveň svetla dopadajúca na snímač.
Ukážka objektívu s AI funkciou. Viditeľné sú potenciometre pre nastavenie "LEVEL" a "ALC"
Ovládanie auto IRIS je popísané v kapitole venovanej kamerám.
Nastavenie parametrov automatickej clony
Hlavný účel je dosiahnuť dobrý jas vo dne aj v noci. Nové AI objektívy sú nastavené výrobcom, takže dodatočné nastavenie nieje nutné. V prípadoch, keď je to nutné sa nastaví úroveň ALC (Automatic Level Control) ovládač do strednej polohy, a následne sa nastavuje jas obrazu ovládačom úrovne (LEVEL). Po tomto kroku zostáva nastaviť ALC, v závislosti od požadovanej reakcie na svetlo. Na koniec sa môže pridať sivý filter ak je to potrebné a nastaví sa ostrosť.
DC AI objektívy nepoužívajú žiadne potenciometre
Problémy s ostrosťou obrazu
Ostrosťou obrazu sa rozumie rozpoznávanie detailov, ktoré sú limitované rozlíšením snímača a monitora. Nastavenie ostrosti je v podstate zmena umiestnenia optického stredu objektívu vzhľadom na snímač. Nedostatok ostrosti je jeden z hlavných problémov, ktoré sa objavujú počas inštalácie a nastavovania kamery a objektívu, zahŕňa pevné aj premenlivé clony. Niekedy sa stáva, že sa nedá dosiahnuť čistý obraz počas nastavovania ostrosti - hlavne v krajných pozíciách nastavenia. V tomto prípade treba uvoľniť skrutku, ktorá upevňuje krúžok (s náradím priloženým v skoro každom kamerovom sete). S krúžkom môžeme nastaviť najlepšiu možnú ostrosť. Nastavenie by sa malo vykonávať pri najkratšej ohniskovej vzdialenosti a ostrosťou nastavenej na nekonečno. Natavenie ostrosti treba robiť pri naplno otvorenej clone, s použitím napr sivých filtrov. Treba poznamenať, že toto nastavenie sa robí len ak je to nevyhnutné - v praxi sa krúžok nastavuje v ojedinelých prípadoch.
Eliminácia odrazov vo viditeľnom spektre
Dokonca správny výber ohniskovej vzdialenosti a clony nemôže zaručiť dobrý obraz. Najčastejší je problém spôsobený rôznymi druhmi odrazu od stien, skla, nábytku atď. alebo okenných tabúľ cez ktoré pozorujeme scénu. Vo všeobecnosti jediná možnosť na odstránenie odrazov je použitie polarizačných filtrov montovaných na objektív. Polarizačný filter prepustí len to svetlo, ktoré má rovnakú polarizáciu. Otáčaním filtra okolo jeho osi určujeme polarizáciu vĺn, ktoré prepustí. Otáčaním môžeme nájsť pozíciu keď je hlavná polarizácia odrazeného svetla najviac potlačená, tak že odrazy sú minimalizované.
Objektív a infračervené spektrum
Čiernobiele kamery sú citlivé nielen na viditeľné svetlo, ale aj v infračervenom spektre. To znamená možnosť spôsobenia chyby v automatike kamery. Ak je intenzita IR svetla väčšia ako viditeľného svetla, automatika zariadi optimálne parametre obrazu pre tento druh svetla. To má za následok nesprávny jas obrazu vo viditeľnom spektre, ako aj problémy s dobrou ostrosťou. Eliminácia tohto javu je možná použitím špeciálnych filtrov, ktoré prepúšťajú len viditeľné svetlo. (IR-cut). Iný prípad tohto javu je opačný - monitorovanie v IR spektre. Vtedy filtre prepúšťajú len IR svetlo (IR-pass). Tieto filtre sa používajú s infračervenými lampami, ktoré osvetľujú miesto v tme.
ŠPECIÁLNE OBJEKTÍVY
Pinhole objektívy
Tieto druhy objektívov majú veľmi malý priemer vonkajšieho (vstupného) objektívu. Používajú sa hlavne pre skryté pozorovanie. Kamery s týmto objektívom môžu byť namontované pri rôznych spôsoboch zatajujúc ich existenciu (inštaláciu vnútri stien, skríň, knižníc, stropoch, PIR a dymových detektoroch.
Objektívy s IR korekciou
Šošovky v optickom systéme sú vyrábané zo špeciálneho skla, ktoré minimalizuje rozptyl, takže odpadá potreba prispôsobovať ostrosť aktuálnym svetelným podmienkam. Použitím vysoko citlivých kamier, hlavne keď nie sú určené na IR prevádzku, sa odporúča použiť objektívy, ktoré predchádzajú problémom v IR spektre.
Megapixelové objektívy
Kamery s vysokým rozlíšením s megapixelovým snímačom potrebujú adekvátne objektívy - megapixelové. Tieto vysoko kvalitné objektívy sú charakteristické lepšou geometriou a hlavne nedeformujú svetlo ako štandardné zariadenia. Deformácia je opísaná vlastnosťou MTF (funkcia modulácie prenosu) a popisuje ostrosť obrazu.
Telecentrické objektívy - boli vytvorené pre automatické sledovacie systémy a systémy na elektronické meranie, kde potrebujú vysokú presnosť. Klasické objektívy sú charakteristické vzdialenostnou a uhlovou deformáciou obrazu, ktorá môže spôsobovať vážne problémy pri počítačovej analýze obrazu.
Asférické objektívy
Objektívy s veľmi nízkym F číslom majú väčší vstupný priemer, zabezpečujúci vyššiu svetelnosť a lepší prechod svetla. Tieto objektívy majú iný profil, ktorý kompenzuje odchýlky na krajoch objektívu. Svetlo, ktoré sa normálne stratí, sa získava asférickými objektívmi a prenáša do snímača. Táto funkcia je zjavná pri farebných kamerách, pretože sú menej citlivé ako Č/B kamery. Keď použijeme tento objektív s Č/B kamerou získame vyššiu citlivosť v optickom systéme ako s normálnym objektívom.
Zaujímavou skupinou sú objektívy so vstavaným IR prisvietením. Toto riešenie umožňuje pozorovanie za normálnych svetelných podmienok rovnako ako v tme. Ceny týchto setov sú menšie ako dodatočné prisvietenie a objektív kúpený osobitne. Treba mať však na pamäti kratší dosah ako s IR lampou. Hlavné použitie týchto objektívov je vo vnútorných priestoroch (napr. haly) a pozorovanie vstupov/výstupov.
VÝBER OBJEKTÍVU
Výber správneho objektívu je rovnako dôležitý ako výber kamery. Zlý výber objektívu môže rapídne znížiť kvalitu celého systému.
Podľa normy EN 50132-7, kritéria výberu by mali brať do úvahy tieto faktory::
  • Zorné pole (udávané výrobcom v tabuľke špecifikácií) - môže byť znížené príliš veľkým rastrom obrazu na monitore,
  • Dopadajúce svetlo na snímač je určené svetelnosťou a prenosovým číslom objektívu - tieto hodnoty závisia od konštrukcie objektívu,
  • Odrazy vnútri objektívu alebo moaré môžu značne znížiť kvalitu obrazu,
  • Niektoré varifokálne objektívy sú citlivé na jav, keď sa pri zvyšovaní ohniskovej vzdialenosti zvyšuje F číslo.
POZOR Po vybraní kamery a objektívu, je odporúčané - hlavne v náročných podmienkach - otestovať vybraný set v podobných podmienkach ako bude finálna inštalácia.
Kompromis medzi počtom kamier a efektivitou pozorovania.
Rozšírením zorného poľa kamery sa dá znížiť ich počet v systéme. Napriek tomu rozšírením poľa, teda znížením ohniskovej vzdialenosti, sa zníži aj možnosť rozpoznať malé detaily. Preto, objektívy s krátkym ohniskom treba používať uvážene, pretože sa môže stať, že nebudeme schopný rozpoznať dôležité detaily pri živom monitorovaní alebo z nahratého materiálu.
Problém sa dá vyriešiť pomocou megapixelových kamier. Umožňujú pozorovať veľké priestory, nahrávať celý obraz a, ak je to potrebné spraviť digitálny zoom zo živého alebo nahratého obrazu.