Объективы ТВ-камер. Основные характеристики и классификация объективов

Объективы ТВ-камер

Объектив - устройство, формирующее изображение на ПЗС-матрице ТВ-камеры. Объективы бывают встроенные в камеру и сменные. Сменные характеризуются типом крепления:

 - узел крепления “C” (расстояние до плоскости матрицы 17.5 мм);

 - узел крепления “CS” (расстояние -12.5 мм).

Для камер “CS” подходят объективы обоих типов(“C”- объективы – со специальным переходным кольцом). Ввиду миниатюризации ВК объективы “C” быстро вытесняются “CS”.

Основные характеристики объективов:

1)Угол обзора в горизонтальной плоскости - определяется фокусным расстоянием F объектива и форматом ПЗС-матрицы ВК. Чем больше F, тем дальше объекты можно уверенно различить.

                                                                                                            угол обзора w

2) Фокусное расстояние (F)- расстояние от точки пересечения световых пучков, формируемых оптикой объектива, до плоскости ПЗС-матрицы.

 

объектив              

В СОТ применяются объективы с F = 2,1 мм….230 мм (широкоугольные и узкоугольные соответственно).

Зная габариты и удаление объекта, можно расчитать F:

;

где  D – расстояние до объекта,

V, H - вертикальные и горизонтальные размеры объекта,

 v, h - размеры изображения на ПЗС-матрице.

Чтобы изображение было максимальным на ПЗС-матрице, v и  h принимают:

матрица 1/2:            v=4,8 mm, h=6,4 mm.

матрица 1/3:            v=3,4 mm, h=4,4 mm.

матрица 1/4:            v=2,4 mm, h=3,2 mm.

Другой способ расчета F:

где h - ширина ПЗС-матрицы, w - угол обзора.

Для уверенного опознания человека необходимо, чтобы он был по высоте не менее ½ кадра. Это значит, что для камер 1/3'' ПЗС  F, мм = D, м. Пример: для объекта на расстоянии 5м фокусное расстояние F=5мм.

Таблица углов обзора ВК (w)

Оптимальный угол человеческого зрения 60…70^о .

3) Светосила объектива – определяет долю световой энергии, пропускаемой объективом. Количество света регулируется диафрагмой. Обычно указывается два значения диафрагмы, например  F1,2 – 360 (max – бесконечность):

        первое значение – диафрагма полностью открыта;

        второе                  – полностью закрыта.

В условиях низкой освещенности - F1,2; 1,4, при ярком свете - F360; F64.

Светосила зависит от величины относительного отверстия  1:k = 1:F/D, где D – диаметр объектива.

4)Трансфокаторы (вариообъективы) – устройства, позволяющие в определенных пределах (до 34 раз) изменить фокусное расстояние (а следовательно, размеры изображения объекта), при этом углы обзора изменяются:

–  вручную,

–  сервоуправлением.

Настройка может осуществляться и автоматически при наличии системы автофокусировки.

5) Объективы с вынесенным зрачком (pin – hole) предназначены для скрытой установки. Диаметер входного зрачка 1…3 мм. Иногда комплектуются световодами длинной до 0,5 м, что еще более упрощает их маскировку.

Классификация объективов:

1)  По углу обзора:

·  узкоугольные (до 30-ти град.)

·  среднеугольные (30 – 60 град.)

·  широкоугольные (свыше 60 град.)

2)  По величине фокусного расстояния:

·  короткофокусные с F, меньшим длины кадра поля изображения d (F<d),

·  среднефокусные (F=d),

·  длиннофокусные телеобъективы (F>d).

3)  По виду оптической системы:

·  со сферической оптикой;

·  с асферической оптикой;

·  pin-hole – объективы «с вынесенным зрачком».

4)  По виду управления фокусным расстоянием (ФР):

·  с фиксированным ФР;

·  с ручной настойкой;

·  с дистанционным управлением.

5)  По механизму управления диафрагмой:

· 

внутри помещений

с фиксированной диафрагмой;

·  с ручной регулировкой диафрагмы;

·  с автоматической регулировкой диафрагмы (наружное наблюдение):

– – управляемые постоянным током (ДС);

– – управляемые видеосигналом (VC).

Автоматическая регулировка диафрагмы осуществляется посредством анализа видеосигнала. Такие камеры медленно реагируют на внезапные изменения яркости изображения, поэтому их отрабатывает электронный затвор камеры.