CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
Шрифт:
A1.4 = (d/2)2• = (11.43/2)2• = 32.66•3.14 = 102.5 мм2 (31)
Давайте теперь уменьшим эту площадь вдвое, т. е. пусть она будет равна 51.25 мм2, и подсчитаем диаметр отверстия диафрагмы:
Aх = (х/2)2• => х = 2•SQRT(Aх/) = 8 мм (32)
Где SQRT означает 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.
Все эти числа стандартны для всех типов объективов, и смысл их таков: каждое большее F-число пропускает 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-числа относятся к отверстию диафрагмы на минимальном фокусном расстоянии вариообъектива. Очевидно, что при этом получается наилучшее «светособирающее число» для любого объектива. Для вариообъектива при установке наибольшего фокусного расстояния F-число всегда меньше, чем на минимальном фокусном расстоянии. Но было бы ошибкой предполагать линейную зависимость между F-числом и фокусным расстоянием. В частности, объектив 8-80 мм/1.4 обеспечивает эффектакого 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. Место расположения диафрагмы может перемещаться в зависимости от движения частей вариообъектива, подчиняясь нелинейному закону. В большинстве случаев на больших фокусных расстояниях F-числа 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 в потери 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, который всегда меньше 100 %.
Поэтому многие профессионалы предпочитают использовать не F-числа, аТ-числа. В определении 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 % до 99 %), то очевидно, что Т-число будет несколько больше, чем F-число.
Рис. 3.22. Вариообъективы становятся все более популярными
Теоретически 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 будут резкими. 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. Это очень характерно для портретной съемки телеобъективом, у которого глубина резкости невелика.
В системах видеонаблюдения, однако, часто
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, тем больше глубина резкости; чем больше значение числа F, тем больше глубина резкости, и чем меньше формат объектива, тем больше глубина резкости.
Эффект глубины резкости объясняется так называемым допустимым пятном рассеяния.
Рис. 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.
Рис. 3.24. Объяснение глубины резкости
Допустимое пятно рассеяния — это пятно проекции зоны резкости. Если наименьший элемент изображения (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, в пределах пятна, будут выглядеть одинаково резкими, так как это реальный размер пиксела. Отсюда понятно, что размер допустимого пятна рассеяния для телекамеры определяется размерами пиксела 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 дает резкие 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 коем случае не должны забывать, особенно при регулировке так называемого заднего фокуса (back-focus). Если задний фокус не настроен должным образом, и телекамера установлена при дневном свете (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 настроен некорректно) — это самый большой источник разочарования при 24-часовом функционировании системы. Причины становятся очевидны ночью, когда отверстие диафрагмы раскрывается из-за низкого уровня освещенности (при условии нормального функционирования автодиафрагмы), глубина резкости снижается, и получаются несфокусированные изображения, несмотря на то, что днем 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 опять проявятся «необъяснимые» эффекты.