Obiektywy część 1

Obiektyw: Układ optyczny służący do projekcji obrazu pożądanej sceny na powierzchnię światłoczułą przetwornika obrazu.

"Podstawowe parametry obiektywów

Ogniskowa.
" Ogniskowa to odległość, w jakiej od centrum optycznego obiektywu powstaje obraz obiektu położonego w nieskończoności, jest ona mierzona w milimetrach.
Dla danego rozmiaru przetwornika i danej ogniskowej można wyliczyć kąt widzenia kamery. Zależność miedzy ogniskową, a kątem widzenia kamery jest odwrotnie proporcjonalna.

"Przysłona": Mechanizm regulacji otworu względnego (apertury), zmieniający ilość światła przechodzącego przez obiektyw i padającego na przetwornik obrazu kamery CCTV. Obiektywy o stałej przysłonie są oznaczane jako "no IRIS" (bez przysłony).

"Liczba aperturowa" obiektywu (F): Wskaźnik teoretycznej zdolności przepuszczania światła obiektywu, jest określany skalą F. Szereg F to: 1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32; 45; 64 itd. Ze wzrostem liczby F maleje ilość światła przepuszczanego przez obiektyw. W tabeli podano ilości światła przepuszczanego przy różnych wartościach przesłony"


Liczba FIlość
przepuszczanego
światła
1,0100%
1,450%
2,025%
2,812,5%
4,06,3%
5,63,13%
8,01,6%
160,8%

"Zależność ilości przepuszczanego światła od liczby F"

Najczęściej podawane są dwie wartości liczby F, pierwsza z nich określa maksymalne otwarcie przysłony, a druga minimalne.

"Liczba transmisyjna obiektywu (T)." Wskaźnik rzeczywistej zdolności przepuszczania światła przez obiektyw. Skala ta pozwala na bezwzględną ocenę jakości obiektywu, gdyż uwzględnia wpływ np. gatunku szkła na przepuszczanie różnych częstotliwości światła.

"Ramping." Właściwość niektórych obiektywów o zmiennej ogniskowej, polegająca na zmniejszaniu się wartości skutecznej otworu względnego (apertury) obiektywu wraz ze zwiększaniem ogniskowej.

"Inne ważne parametry" to: głębia ostrości, maksymalna rozdzielczość, ostrość i kontrastowość otrzymywanych obrazów, korekcja kolorów związana z aberacją chromatyczną.


"Podziału obiektywów dokonujemy ze względu na:"

kąt widzenia:"

  • wąskokątne (teleobiektywy), ogniskowa większa od formatu przetwornika,
  • standardowe, ogniskowa zbliżona do formatu przetwornika,
  • szerokokątne, ogniskowa mniejsza od formatu przetwornika,

rodzaj przysłony:

  • bez przysłony, tanie, przeznaczone do stosowania w prostych kamerach,
  • z przysłoną ręczną,
  • z przysłoną automatyczną,

rodzaj ogniskowej:

  • stała, produkowane obiektywy mają wartości typowe np. 2,5; 3,6; 4,0; 6,0; 12,0; 16,0; 25,0,
  • zmienna (varifocal, zoom), zalecane gdy wielkość obiektu się zmienia lub wymagana jest swoboda doboru ogniskowej, także tu są pewne typowe wartości:3,5-8 (kamery 1/3”); 6-12 (kamery 1/2”),
  • regulowana zdalnie (tak zwane obiektywy moto-zoom).

"Typy mocowań obiektywów." Spotykane są dwa: C oraz CS, Odległość powierzchni przetwornika i płaszczyzny mocowania obiektywu wynosi 12,5mm dla obiektywów CS, i 17,526 mm dla obiektywów C. Gwint o mniejszej średnicy występuje w kamerach płytkowych.

"Wielkości obiektywu, a wielkość przetwornika." Wielkość obrazu, jaki może być wytworzony przez obiektyw, podaje się w calach, podobnie jak wielkość przetwornika. Producenci podają największy format przetwornika, z jakim może dany obiektyw współpracować. Do wielkości przetwornika musi być dopasowany obiektyw, przy czym zawsze można stosować większy obiektyw do kamery z mniejszym przetwornikiem, co w niektórych sytuacjach może być korzystne, jako że pozwala na zmniejszenie zniekształceń obrazu ( zniekształcenia obiektywu zwiększają się wraz z oddaleniem się od osi). Przy tym samym obiektywie mniejszy przetwornik spowoduje wyświetlenie mniejszego fragmentu obserwowanego obiektu. Spotykane są obiektywy do przetworników 1”, 2/3”, 1/2”, 1/3” i 1/4” (w przyszłości pojawią się obiektywy do przetworników 1/5”).

"Dobór ogniskowej." Dla danego rozmiaru przetwornika i danej ogniskowej można wyliczyć kąt widzenia kamery. Zależność miedzy ogniskową, a kątem widzenia kamery jest odwrotnie proporcjonalna. Należy zauważyć iż kąt widzenia w płaszczyźnie poziomej wynoszący 30 stopni jest podobny do kąta widzenia człowieka. Okazuje się że taki kąt jest osiągane wtedy, gdy ogniskowa jest równa wymiarowi przetwornika. Przykładowo może to być obiektyw o ogniskowej 1/4” czyli 6,2 mm, wraz z przetwornikiem 1/4”."



"Wygląd układu optycznego obiekt-obiektyw-przetwornik obrazowy i związane z nim parametry"


"Lunetki, kalkulatory, wykresy i wzory do dobierania obiektywów." Doboru obiektywu można dokonać używając wzorów, kalkulatorów, wykresów oraz specjalnej lunetki zwanej "view finder". W razie możliwości należy także przeprowadzić próby terenowe, gdzie można dobrać spośród wielu obiektywów, te które najlepiej spełnią swe zadanie. Dobór ogniskowej na podstawie wykresów sprowadza się do odczytania wartości ogniskowej w zależności od szerokości i odległości od obiektu, oraz od formatu przetwornika. Ich wadą jest mała dokładność, spowodowana niemożnością przygotowania wykresów dla każdego możliwego przypadku.


"View finder" jest ustawiany w miejscu gdzie ma być zainstalowana kamera, po czym dokonuje się regulacji pierścieniami lunetki, do momentu aż osiągniemy pożądany zakres obserwacji. Wtedy należy dokonać odczytu wartości szukanej ogniskowej.

"Kalkulatory" mają postać dwóch współosiowych kół z naniesionymi liczbami, ustawiając odległość i wielkość obiektu, wybierając format przetwornika możemy z nich odczytać wartość wymaganej ogniskowej. Polecamy Kalkulator do doboru obiektywów , który można samodzielnie zbudować
Wzory. Można po prostu wyliczyć ogniskową samodzielnie korzystając ze wzorów, bazujących na podstawowych i dobrze znanych zależnościach trygonometrycznych. W obliczeniach wykorzystujemy następujące wzory do wyznaczania kątów:"

kąt widzenia w płaszczyźnie pionowej fih = 2arc tg(h/2f) = 2arc tg(k/2l)
kąt widzenia w płaszczyźnie pionowej fiv = 2arc tg(v/2f) = 2arc tg(m/2l)

"

Kąt widzenia pionowy fih = 2*arc tg(2,7/7,2)=2*arc tg(0,375)=41 stopni
Kąt widzenia poziomy fiv = 2*arc tan(3,6/7,2)=2*arc tg(0,5)=52 stopnie

"

wysokość pola widzenia k = h*l/f
szerokość pola widzenia m = v*l/f

"

wysokość pola widzenia k = 2,7*10 000/3,6=7500mm=7,5 metra
szerokość pola widzenia m = 3,6*10 000/3,6=10000mm=10 metrów


Fizycznie przekątna przetwornika różni się od przekątnej podawanej w katalogach, jest od niej mniejsza, co za tym idzie także inne wymiary są mniejsze:"

  • 1", przetwornik o wymiarach 9,6 x 12,8 mm (przekątna 16mm),
  • 2/3", przetwornik o wymiarach 6,6 x 8,8mm (przekątna 11mm),
  • 1/2", przetwornik o wymiarach 4,8 x 6,4mm (przekątna 8mm),
  • 1/3", przetwornik o wymiarach 3,6 x 4,8mm (przekątna 6mm),
  • 1/4", przetwornik o wymiarach 2,7 x 3,6mm (przekątna 4mm).

Odległość od obserwowanego obiektu, Jego wymiary czyli wysokość i szerokość oraz wielkość przetwornika"

wysokość obiektu widzianego na monitorze przez kamerę z przetwornikiem 1 / 3 "

Odległość [m]

ogniskowa [mm]

kąt

stopn.

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

30

50

80

100

2,1

98

4,6

9,1

13,7

18,3

22,8

27,4

32,0

36,5

41,1

45,7

68,5

114,2

182,7

228,4

2,5

88

3,8

7,7

11,5

15,3

19,2

23,0

26,9

30,7

34,5

38,4

57,6

95,9

153,5

191,9

3,6

67

2,7

5,3

8,0

10,7

13,3

16,0

18,7

21,3

24,0

26,6

40,0

66,6

106,6

133,2

4

62

2,4

4,8

7,2

9,6

12,0

14,4

16,8

19,2

21,6

24,0

36,0

60,0

95,9

119,9

6

44

1,6

3,2

4,8

6,4

8,0

9,6

11,2

12,8

14,4

16,0

24,0

40,0

64,0

80,0

8

33

1,2

2,4

3,6

4,8

6,0

7,2

8,4

9,6

10,8

12,0

18,0

30,0

48,0

60,0

12

23

0,8

1,6

2,4

3,2

4,0

4,8

5,6

6,4

7,2

8,0

12,0

20,0

32,0

40,0

15

18

0,6

1,3

1,9

2,6

3,2

3,8

4,5

5,1

5,8

6,4

9,6

16,0

25,6

32,0

25

11

0,4

0,8

1,2

1,5

1,9

2,3

2,7

3,1

3,5

3,8

5,8

9,6

15,4

19,2

33

8,3

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,7

2,0

2,3

2,6

2,9

4,4

7,3

11,6

14,5

50

5,5

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,3

1,5

1,7

1,9

2,9

4,8

7,7

9,6

100

2,7

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,4

2,4

3,8

4,8



szerokość obiektu widzianego na monitorze przez kamerę z przetwornikiem 1 / 3 "

Odległość [m]

ogniskowa

[mm]

kąt

stopn.

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

30

50

80

100

2,1

81

3,4

6,9

10,3

13,7

17,1

20,6

24,0

27,4

30,8

34,3

51,4

85,7

137,0

171,3

2,5

72

2,9

5,8

8,6

11,5

14,4

17,3

20,1

23,0

25,9

28,8

43,2

72,0

115,1

143,9

3,6

53

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

30,0

50,0

80,0

99,9

4

48

1,8

3,6

5,4

7,2

9,0

10,8

12,6

14,4

16,2

18,0

27,0

45,0

72,0

89,9

6

33

1,2

2,4

3,6

4,8

6,0

7,2

8,4

9,6

10,8

12,0

18,0

30,0

48,0

60,0

8

25

0,9

1,8

2,7

3,6

4,5

5,4

6,3

7,2

8,1

9,0

13,5

22,5

36,0

45,0

12

17

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

3,6

4,2

4,8

5,4

6,0

9,0

15,0

24,0

30,0

15

14

0,5

1,0

1,4

1,9

2,4

2,9

3,4

3,8

4,3

4,8

7,2

12,0

19,2

24,0

25

8,24

0,3

0,6

0,9

1,2

1,4

1,7

2,0

2,3

2,6

2,9

4,3

7,2

11,5

14,4

33

6,24

0,2

0,4

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

2,0

2,2

3,3

5,5

8,7

10,9

50

4,12

0,1

0,3

0,4

0,6

0,7

0,9

1,0

1,2

1,3

1,4

2,2

3,6

5,8

7,2

100

2,06

0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,4

0,5

0,6

0,6

0,7

1,1

1,8

2,9

 

3,6