Статья из журнала "Бизнес и безопасность" за 2006 год. Продолжение

Автодиафрагма

В течение суток освещенность на контролируемом объекте, как правило, претерпевает существенные изменения. Для поддержания на постоянном уровне количества света на матрице используют встроенный в камеру автоматический электронный затвор (electronic shutter) или объектив с автодиафрагмой (autoiris).

Объективы с автоматической диафрагмой поддерживают освещенность матрицы на постоянном уровне, изменяя величину относительного отверстия. Диафрагма объектива, подобно зрачку человеческого глаза, при высокой освещенности сужается, пропуская меньше света, а при низкой освещенности расширяется. Это позволяет получить сигнал от видеокамеры с хорошей контрастностью, без засветки или затемнения. В системах наружного наблюдения рекомендуется использовать объективы с автоматической диафрагмой, так как в этом случае удается получить необходимый эффект при уровнях освещенности более 80000 лк.

Автоматический электронный затвор

Автоматический электронный затвор, функциональный аналог выдержки фотоаппарата, обеспечивает компенсацию изменения уровня освещенности и постоянную среднюю яркость изображения. Это достигается за счет изменения времени накопления фотозаряда и, как следствие, амплитуды видеосигнала. Скорость переключения затвора (время накопления) может достигать до 1/100000 секунды. Стоимость объективов без диафрагмы значительно ниже стоимости объективов с автодиафрагмой, и применение телекамер с электронным затвором позволяет экономить в некоторых случаях значительные суммы, т. к. с этими камерами можно использовать объективы с ручной диафрагмой.

Высокочувствительные камеры вместе с объективами без диафрагмы рекомендуется использовать только внутри помещений, так как диапазона перекрытия электронного затвора недостаточно, чтобы отработать изменение освещенности «на улице». Использование электронного затвора также улучшает наблюдение за быстро перемещающимися объектами.

Применение объективов с автодиафрагмой предпочтительнее в следующих случаях:
- когда телекамера работает в условиях сильно меняющейся освещенности;
- когда требуется максимальная глубина резкости, которая достигается при максимально закрытой диафрагме объектива;
- когда необходимо более четко передать границы ярких объектов.

Встроенный видеодетектор для управления диафрагмой

В настоящее время встроенный видеодетектор для управления диафрагмой становится стандартным для всех камер. Изначально разработанный для автоматических диафрагм, видеодетектор теперь помещается непосредственно на плату камеры. Это позволяет применять объективы без усиления или объективы с диафрагмой типа DC (стоимость их несколько ниже). Это также позволяет стандартизировать разъемы для подсоединения автодиафрагмы объектива к камере. В камере используется 4-х выводной разъем, и многие объективы поставляются с ответными разъемами. Естественно, такое решение снимает проблему стыковки соответствующих клемм и делает процесс установки объектива более простым и быстрым.

Синхронизация камеры

Недостатком некоторых систем видеонаблюдения является плавающее и дрожащее изображение. Для ликвидации этого недостатка выполняется принудительная синхронизация телекамер и устройств обработки видеосигнала. Известно несколько способов синхронизации, одним из которых является синхронизация всех камер от одного источника сигнала. Это позволяет получить качественное изображение в момент переключения камер, устранить скачки и дрожание изображения. Например, вариант синхронизации LINE LOCK. Описываемый вариант синхронизации может быть выполнен только с камерами, питающимися переменным током, так как в этом случае синхронизация всех камер осуществляется от питающего напряжения. Это возможно только в том случае, если питание камер происходит от одного источника переменного тока. Поэтому, пока ток в сети синфазный, синхронизация системы будет обеспечена. Если же разные камеры подключены к различным фазам, возникает необходимость их согласования по питанию и настройке фазы для каждой камеры в отдельности. Существуют специальные устройства фазирования/синхронизации для проведения работ по настройке и синхронизации камер в режиме line lock.

Внешняя синхронизация

Такой вариант синхронизации предполагает использование внешнего опорного источника сигнала. Затем этот сигнал распределяется на каждую камеру посредством специального коаксиального кабеля. Опорный сигнал может быть сформирован генератором синхросигналов. Также в качестве опорного сигнала может быть использован сигнал с видеовыхода одной из камер. Такие варианты предполагают применение дополнительных соединений и кабелей, однако, являются единственными способами осуществления синхронизации для камер с питанием постоянного тока, которые не могут быть синхронизированы по питанию (Line Lock). Некоторые устройства переключения (свитчеры), определенные виды мультиплексоров также требуют для работы камер, синхронизированных по внешнему источнику опорного сигнала. В том случае, когда описанные выше варианты синхронизации не применяются, осуществляется внутренняя кварцевая синхронизация камеры.

Фокусное расстояние

Фокусное расстояние объектива указывается в миллиметрах и при прочих равных условиях определяет угол зрения. Более широкий угол обеспечивается меньшим фокусным расстоянием. И, наоборот - чем фокусное расстояние больше, тем меньше угол зрения объектива. Нормальный же угол зрения ТВ камеры эквивалентен, углу зрения человека, при этом объектив имеет фокусное расстояние, пропорциональное размеру диагонали матрицы ПЗС.

Исходя из выше сказанного, объективы принято делить на нормальные, короткофокусные (широкоугольные), длиннофокусные (телеобъективы).

Объективы, фокусное расстояние которых может изменяться более чем в 6 раз, называются ZOOM-объективами (объективами с трансфокатором). Данный класс объективов применяется при необходимости детального просмотра объекта, удаленного от камеры. Например, при использовании ZOOM-объектива с десятикратным увеличением, объект, находящийся на расстоянии 100 м, будет наблюдаться как объект, удаленный на расстоянии 10 м. Наиболее часто используются ZOOM-объективы, оборудованные электроприводами для управления диафрагмой, фокусировкой и увеличением (motorized zoom). Управление камерой, оборудованной данным объективом, оператор может осуществлять с удаленного поста.

Объективы разрабатываются под конкретный формат видеоматрицы. Объектив, предназначенный для большего формата, может быть использован для камер, имеющих меньший формат. Обратное неверно, то есть нельзя использовать объектив, рассчитанный на маленький формат, совместно с камерой большого формата - это приведет к появлению темной окантовки изображения на экране монитора.

Пример: объектив, рассчитанный на формат 1/2", можно использовать совместно с камерами 1/3" и 1/2", но нельзя с камерой 2/3".

Для приблизительного расчета угла обзора можно воспользоваться данными из таблицы 6, либо следующими формулами:

1. w = 2 arctg (a/ (2f)),
где w - угол обзора, а - ширина матрицы, (4,4 или 6,6 или 8,8), f - фокусное расстояние;

2. f / a = d / s,
где а - ширина матрицы, (4,4 (для 1/3")), или 6,6 (1/2") или 8,8 (2/3")), f - фокусное расстояние, d - расстояние до объекта, s - максимальный размер, объекта по горизонтали;

3. h = s / 1.3,

Таблица 6. Зависимости угла (град.) обзора камеры от фокусного расстояния и формата

матрицы

Фокусное расстояние	4	6	8	12	16	25	50	75	100
Формат
1/3"	58	41	31	19	14	9	5	3	2
1/2"	77	58	44	31	22	14	7	4,5	3
2/3"	104	78	59	39	31	20	10	6,5	5

C и CS крепление

Современные ТВ камеры и объективы имеют, как правило, крепления типа CS. К камере с посадочным местом «CS - типа» крепятся объективы «CS - типа». С помощью дополнительного переходного кольца на камеру с посадочным местом «CS - типа» можно установить объектив «С - типа». Кольцо устанавливается между камерой и объективом. Камера с посадочным местом «С - типа» несовместима с объективом «CS - типа» - невозможно получить сфокусированное изображение.

Относительное отверстие

Обычно объектив имеет два значения относительного отверстия (1:F) или апертуры. Максимальное значение F - минимальное значение F; полностью открытая диафрагма - F минимально, максимальное F - диафрагма закрыта. Значение F влияет на выходное изображение. Малое F означает, что объектив пропускает больше света, соответственно, камера лучше работает в темное время суток. Объектив с F необходим, при высоком уровне освещенности или отражения. Такой объектив будет препятствовать «ослеплению» камеры, обеспечивая постоянный уровень сигнала. Все объективы с автодиафрагмой используют фильтр нейтральной плотности для увеличения максимального F. Апертура (F) влияет так же и на глубину резкости.

В настоящее время начинают получать широкое распространение объективы с асферической оптикой, позволяющей существенно уменьшить относительное отверстие объектива (увеличить его светосилу) без увеличения диаметра линзы, за счет применения несферических профилей для их изготовления. Например, если обычный объектив имеет относительное отверстие F1/4, то аналогичный ему асферический F0/95-0/75 (потери света уменьшаются в 5 раз).


Глубина резкости

Глубина резкости показывает, какая часть поля зрения находится в фокусе. Большая глубина резкости означает, что большая часть поля зрения находится в фокусе (при закрытой диафрагме возможно достижение бесконечной глубины резкости). Малая же глубина резкости позволяет наблюдать в фокусе лишь небольшой фрагмент поля зрения. На глубину резкости влияют определенные факторы. Так, объективы с широким углом зрения обеспечивают, как правило, большую глубину резкости. Высокое значение F свидетельствует также о большей глубине резкости. Наименьшая глубина резкости возможна ночью, когда диафрагма полностью открыта (поэтому объектив, сфокусированный в дневное время, ночью могут оказаться расфокусированным).

Автоматическая и ручная диафрагма

В условиях переменной освещенности рекомендуется использовать объективы с автодиафрагмой. Объективы с ручной диафрагмой в основном используются для помещений, где уровень освещенности постоянный. С появлением камер с электронным ирисом, появилась возможность использования объективов с ручной диафрагмой в условиях переменной освещенности. Однако необходимо учитывать, что при полностью открытой диафрагме в условиях плохой освещенности, значение F становится критичным, глубина резкости совсем незначительной, что затрудняет достижение необходимой фокусировки в дневное время. Камера может поддерживать постоянный уровень видеосигнала, но не может влиять на глубину резкости. При полностью закрытой диафрагме глубина резкости увеличивается, однако это приводит к снижению чувствительности камеры.

Видео управление и непосредственное управление

Объектив с автодиафрагмой служит для достижения требуемого качества изображения. Видео-управление представляет собой электронную схему видеодетектора, преобразующего видеосигнал в сигнал управления двигателем диафрагмы. Объективы с непосредственным управлением содержат усилитель постоянного тока и электродвигатель диафрагмы, сигнал управления поступает с камеры. Решающим фактором в выборе типа объектива является тип выхода управления на камере. Современные камеры имеют в большинстве случаев оба типа выхода.

Рейтинг видеокамер

В результате экспертного опроса, проведенного в январе 2004 года журналом CCTV-focus, торговая марка Watec признана самой популярной среди 36 наиболее известных мировых брэндов охранных видеокамер, представленных на рынке видеооборудования (таблица 7, 8).

Таблица 7. Популярность брэндов охранных видеокамер

Брэнды	Место
Watec	1
Panaconic	2
Sanyo	3
KT&C	4
Philips	5
Sony	6
KPC	7
ЭВС	8
AVC	9
Pelco	10