Поля зрения объектива по горизонтали и вертикали что это

Уго́л по́ля зре́ния объекти́ва — угол между двумя лучами, проходящими через центр входного зрачка объектива к наиболее удалённым от оптической оси отображаемым точкам объекта в пространстве предметов [1] .

В фото- и кинотехнике крайние отображаемые точки обычно находятся на концах диагонали кадрового окна. Это не означает, что, применив к данному объективу фотоприёмник бо́льшего формата, можно расширить поле объектива, так как полевая диафрагма (кадровое окно) является частью оптической системы и не только ограничивает поле зрения, но и, в частности, «срезает» (экранирует) сильно аберрированные наклонные пучки лучей.

В случае, когда полевая диафрагма находится далеко от плоскости изображения, а зрачки оптической системы велики, некоторые наклоные пучки ограничиваются лишь частично. Такое ограничение отдельных лучей наклонных пучков вызывает виньетирование, поэтому углом поля зрения объектива (или другой оптической системы) принято условно считать угол 2ω’, соответствующий зоне поля изображения, имеющий виньетирование не более 50 %.

При этом диагональ кадрового окна (вблизи фотоприёмника), в зависимости от назначения объектива и допустимого виньетирования, может ограничивать большую или меньшую область. Например, в обычных фотографических объективах широкого применения допускается виньетирование 40-50 %, в то время как в нормальных кинопроекционных объективах — не более 20 %.

При отсутствии телеувеличения полевые углы в пространстве предметов и пространстве изображений равны, поэтому угол поля зрения объектива определяет и так называемый «угол изображения объектива» [2] .

Формула расчета

где: α — угол поля зрения по горизонтали (вертикали);

h — размер матрицы по горизонтали (вертикали), мм;

f — фокусное расстояние объектива, мм.

Примечания

1. ↑Волосов, 1978, с. 339.
2. ↑ Устаревший термин, обозначающий угловое поле объектива

Литература

• Волосов Д. С. Фотографическая оптика. 2-е изд. — М. : Искусство, 1978. — 543 с.
• ГОСТ 25205-82 Фотоаппараты и съёмочные фотографические объективы. Термины и определения. — М. : Изд-во стандартов, 1983.(действующий)

Что такое Wiki.sc Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

4.1. Характеристики объектива фотоаппарата

Объектив фотоаппарата формирует действительное обратное изображение предмета на поверхности приемника изображения. Объектив – самая важная часть фотоаппарата. Рассмотрим его основные характеристики.

4.1.1. Фокусное расстояние фотообъектива

Фокусное расстояние определяет увеличение объектива и поле зрения:

где – поле зрения объектива, – размер изображения.

Чем меньше фокусное расстояние, тем больше поле зрения и тем меньше увеличение. Размер изображения фотоаппарата определяется диагональю кадра : . У стандартной пленки размер кадра 35х24 мм, а диагональ кадра около 43 мм.

4.1.2. Поле зрения фотообъектива

Полем зрения объектива называется наибольший угол с вершиной в оптическом центре объектива, при котором все предметы, находящиеся в его пределах, будут изображены объективом в плоскости его кадрового окна (рис. 4.1). За пределами этого угла лежит изображение со значительно уменьшающимися резкостью и яркостью.

Угловое поле зрения определяется отношением диагонали кадра к фокусному расстоянию объектива:

где – диагональ кадра.

Рис. 4.1. Поле зрения объектива.

4.1.3. Относительное отверстие фотообъектива

Относительное отверстие – это абсолютное значение отношения диаметра апертурной диафрагмы к заднему фокусному расстоянию объектива:

Поскольку величина, рассчитанная в результате деления на , почти всегда выражается десятичной дробью меньше 1, то относительное отверстие принято выражать в виде дроби (например, ), где – диафрагменное число (величина, обратная относительному отверстию). Иногда на объективах для обозначения относительного отверстия используют надпись (например, эквивалентно записи и указывает, что фокусное расстояние в 3.5 раза больше, чем диаметр апертурной диафрагмы).

Объективы с большими относительными отверстиями имеют преимущества перед остальными при пониженной освещенности. Однако увеличение относительного отверстия простых объективов приводит обычно к снижению качества изображения, так как аберрации наиболее заметны при большой апертуре.

Светосила объектива – способность объектива передавать яркость объекта.

Геометрическая светосила выражается квадратом относительного отверстия:

Существует стандартный ряд относительных отверстий: 1:0.7; 1:1; 1:1.4; 1:2; 1:2.8; 1:3.5; 1:4; 1:5.6; 1:8; 1:11; 1:16 и т.д. При переходе от одного относительного отверстия из этого ряда к следующему диаметр диафрагмы уменьшается в раз, а светосила – в 2 раза.

Объектив называют светосильным, если его диафрагменное число , сверхсветосильным, если и малосветосильным, если .

Фактическая светосила всегда несколько меньше той, которую должно было бы обеспечивать геометрическое относительное отверстие, из-за частичного поглощения света в массе стекла и отражения света от поверхностей линз, граничащих с воздухом.

Эффективная светосила учитывает коэффициент светопропускания фотообъектива:

где – коэффициент светопропускания фотообъектива.

Для увеличения эффективной светосилы и уменьшения бликов используют просветляющие покрытия. Принцип действия просветляющих покрытий следующий: на поверхность линз наносят один или несколько слоев тончайшей пленки с определенным показателем преломления. Толщина этой пленки составляет 1/4 длины волны лучей того цвета, для которого производится просветление оптики (). За счет интерференции света, отражаемого передней и задней поверхностями пленки, увеличивается коэффициент светопропускания линзы. Благодаря использованию просветляющих покрытий в современных просветленных объективах разница между геометрической и эффективной светосилой составляет менее 2–3%.

4.1.4. Разрешающая способность фотообъектива

Разрешающая способность фотообъектива – это способность объектива передавать мелкие детали в фотоизображении.

Разрешающая способность фотообъектива выражается максимальным числом штрихов (линий) на 1 мм в центре и на краю фотоизображения. Фотографическая разрешающая способность определяется путем фотографирования штриховой миры и учитывает не только характеристики объектива, но и характеристики фотоматериала.

4.1.5. Глубина резкости фотообъектива

Поскольку у всех объективов есть аберрации, одна точка объекта всегда будет изображаться в виде кружка рассеяния. Однако при рассмотрении изображения глазом это не замечается, поскольку разрешающая способность глаза ограничена. Максимально допустимый размер кружка рассеяния, который глаз воспринимает как одну точку, называется допустимым кругом нерезкости. Для негативов форматом 24х36 мм допустимый круг нерезкости составляет около 0.03-0.05 мм (учитывая, что изображение увеличивается до фотографии 13х18см и рассматривается с расстояния 25-30 см).

Из рисунка 4.2 видно, что, хотя с наилучшей резкостью изображается тот объект, на который произведена наводка на резкость, действительно резкими получаются объекты, расположенные несколько дальше и ближе от него, то есть имеются передняя и задняя границы, между которыми расположено резко изображаемое пространство.

Глубина резкости объектива – это расстояние между самым ближним и самым дальним предметом, которые при данной диафрагме будут резкими.

Глубина резкости объектива зависит от относительного отверстия и фокусного расстояния. Чем меньше относительное отверстие и фокусное расстояние объектива, тем больше глубина резкости, поскольку диаметр кружков нерезкости уменьшается (рис. 4.2). Например, при , передняя граница будет на расстоянии около 15 м, при – на расстоянии 1.5 м.

Рис. 4.2. Глубина резко изображаемого пространства.

Глубина резкости объектива зависит и от расстояния до объекта: чем дальше объект, тем больше глубина резкости. Благодаря этому возможно такое положение объекта, при котором дальний предел глубины резкости станет равным бесконечности. Съемочное расстояние в этой точке, то есть самое короткое расстояние, при котором «бесконечность» попадает в область глубины резкости, называется гиперфокальным расстоянием. Если установить объектив на гиперфокальное расстояние, то область глубины резкости будет простираться от половины гиперфокального расстояния до бесконечности.

Например, если у объектива диафрагма установлена на и съемочное расстояние установлено на гиперфокальное расстояние 3 м, то все объекты в пределах глубины резкости (от 1.5 м до бесконечности) будут находиться в фокусе.

Взаимосвязь фокусного расстояния, угла обзора и дистанции фокусировки.

Порой, меня спрашивают какое расстояние будет до объекта съемки, если фотографировать на тот или иной объектив. В этой статье я вывел несложную формулу расчета.

Угол обзора, фокусное расстояние и дистанция фокусировки

Для расчетов я использовал полноформатную камеру с физическим размером сенсора 36 Х 24 мм.

Рекомендую читать текст под изображениями.

Вот так выглядит информация про угол обзора объектива Nikon AF-S 50mm 1:1.8G Nikkor на официальном сайте Nikon. Обратите внимание, что указывается угол обзора по диагонали кадра.

Угол обзора можно найти в брошюрах, инструкциях или на официальных сайтах производителя объективов. Но есть один маленький нюанс, который почему-то мало кто учитывает — угол обзора объектива указывается для диагонали кадра.

Я работаю фотографом и вообще не снимаю «диагональные кадры» (чтобы сделать снимок с диагональным заполнением кадра), а потому эти данные дают мне только приблизительное понятие угла обзора при съемке в обычном портретном (вертикальная ориентация камеры) или пейзажном (горизонтальная ориентация камеры) режиме.

Выходные данные: физический размет матрицы w*h и фокусное расстояние объектива f.
Найти: формулу подсчета угла обзора по диагонали, вертикали, горизонтали. Проверить найденный угол Бета для для f=50mm.

Решение и проверка угла обзора по диагонали для f=50mm (фокусное расстояние объектива), w=36mm (ширина сенсора), h=24mm (высота сенсора)

Таким образом, данные взятые из официального сайта (47°) и проверочные (46,79°) совпадают.

Теперь найдем угол обзора по горизонтали (Кси) и по вертикали (Тау):

Подсчет угла обзора для горизонтали и для вертикали

Формулы для подсчета угла обзора по диагонали, горизонтали, вертикали. Пример подсчета. w=36mm (ширина сенсора), h=24mm (высота сенсора), f=50mm (фокусное расстояние объектива)

Получается, если мы будем снимать портрет на 50 мм фокусного расстояние (вертикальное положение камеры), то угол обзора, в который нам нужно будет вписать модель, будет всего 40 градусов.

Теперь найдем формулу для подсчета дистанции L, с которой нам нужно будет выполнять съемку, чтобы в кадре поместился объект с заданными размерами H.

Расчет дистанции. H — длина снимаемого объекта, L — дистанция до объекта, угол лямбда мы можем узнать из предыдущих формул.

Формула дистанции до объекта оказалось достаточно простой. L — дистанция до объекта съемки, f — фокусное расстояние объектива, H — величина объекта (ширина или высота), w — физическая ширина сенсора фотоаппарата, h — физическая высота сенсора фотоаппарата.

Таким образом, если мы будем снимать модель ростом 180 см на полноформатную камеру с объективом, который имеет 50 мм фокусного расстояния, то, чтобы при вертикальной ориентации камеры у нас в кадр попали и пятки и макушка — нужно будет отойти на 2.5 метра, а в горизонтальном положении, чтобы поместить всю модель в кадр, нужно будет отойти на 3.75 метра.

Два основных типа ориентации камеры. Обратите внимание, что при разной ориентации камеры, чтобы поместить в кадр один и тот же объект съемки нужно соблюдать разную дистанцию фокусировки, и при этом величина самого объекта в кадре будет разной. Серые прямоугольники на этой иллюстрации полностью идентичны в своих линейных размерах.

Если быть более точным, то к этим цифрам следует еще прибавить 5 см фокусного расстояния (или любое другое число фокусного расстояния) от плоскости фокуса до плоскости матрицы, ибо дистанция рассчитывается от объекта до фокальной плоскости. А еще нужно учитывать эффект изменения угла обзора объектива при разных дистанциях фокусировки, ибо тот же полтинник имеет заявленных 47° только при фокусировке на бесконечность, более детально про это здесь.

Если мы будем снимать ту же модель на тот же полтинник с горизонтальной ориентацией камеры, но уже на камеру Nikon DX (Kf=1.5), то нужно будет отойти на 5,6 метра. А если учитывать, что кроме самой модели нужно еще захватить немного пространства снизу и сверху, то на полтинник нужно будет отходить метров на 7-мь.

Чтобы воспользоваться подсчетом для кропнутых камер, в формулах задайте значения ширины w и высоты h для вашей камеры. Для камер Nikon DX: w=23.5 mm, h=15.6 mm. Фокусное расстояние f нужно брать такое, какое оно указано на объективе без всякого пересчета. Основные формулы выделены цветом. Если не можете найти значение w и h в инструкции, то обычно w=36/Kf, h=24/Kf, где Kf — значение кроп фактора камеры.

Очень просто узнать дистанцию фокусировки до объекта уже по снятой фотографии. Для этого достаточно проверить EXIF фото с помощью http://regex.info/exif.cgi (Сайт поддерживает любые форматы фотографий)

Пример работы regex. Значение ‘At 60cm’ указывает на то, что снимок был сделан с расстояния 60 см.

Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.

Рассчитываем углы поля зрения объектива

Различные размеры сенсоров фотокамер заставляют нас по-разному трактовать фокусное расстояние объектива, который мы цепляем на фотоаппарат. Подробнее о том, что такое фокусное расстояние и как оно влияет на получаемое изображение, мы рассказывали в рубрике “Минута о фото“. В данном материале мы расскажем о том, как определить угол поля зрения объектива, который напрямую связан с его фокусным расстоянием.

Что же такое “поле зрение объектива”? Технически это наибольший угол с вершиной в оптическом центре объектива, при котором все предметы, находящиеся в его пределах, будут изображены объективом в плоскости его кадрового окна. Простыми словами это та часть пространства, которую может охватить объектив.

Угол поля зрения объектива обратно пропорционален фокусному расстоянию объектива. Т.е. снимая на широкоугольную оптику, вы получите наибольшие углы обзора, а прицепив на фотокамеру телеобъектив, вы получите минимальный угол поля зрения. Теперь давайте попробуем определить конкретный угол для одного из наиболее популярных фокусных расстояний – 50 мм.

В общем виде формула, при помощи которой можно просчитать угол поля зрения линзы, выглядит так:

Угол поля зрения = 114,6 ⋅ arctg(21,622 / (S ⋅ F), °

Да, в ней присутствуют всеми нелюбимые со школьного курса геометрии тангенсы, но без них в оптикостроении никуда.

F – это фокусное расстояние, а S в этой формуле является множителем кроп-фактора. Для полного кадра значение S будет единицей. Остальные варианты представлены на картинке ниже.

Угол поля зрения (50 мм) = 114,6 ⋅ arctg(21,622 / (1 ⋅ 50) = 46,77°.

В итоге на 50-миллиметровый полнокадровый объектив мы получим картинку с углом обзора 46,8°, что соответствует части изображения, представленной на следующем фото:

Заниматься расчётами или нет – дело ваше. Формула довольно проста, но специально для того чтобы вам не пришлось этого делать, мы собрали большую часть фокусных расстояний и интерпретировали под них углы поля зрения для различных форматов сенсоров изображений. Узнать, на каких углах снимает ваш объектив, можно, найдя его фокусное расстояние в таблице ниже.

Угол обзора объектива камеры видеонаблюдения

Одним из важных параметров, которые необходимо брать во внимание перед покупкой камеры видеонаблюдения, является угол обзора объектива. От этой величины напрямую зависит то, какая площадь наблюдаемого участка попадет в поле зрения камеры. Например, для получения общего обзора участка или тесного помещения необходимо выбирать камеры с широким углом обзора, а при необходимости сосредоточения на каком-либо определенном объекте – с узким.

Содержание:

От каких параметров зависит угол обзора?

Угол обзора объектива зависит от двух определяющих его параметров:

1. Фокусное расстояние, которое имеет объектив;
2. Размер чувствительного элемента (матрицы).

Следует запомнить, что чем большим ФР обладает объектив, тем меньшим будет угол его обзора, поэтому длиннофокусные объективы обладают возможностью наблюдения за относительно удаленными от камеры объектами, а широкоугольные позволяют охватить большую площадь территории или помещения.

Зависимость угла обзора камеры видеонаблюдения от физического размера матрицы также имеет место быть. Так, чем больше размер матрицы, тем большим будет угол обзора, например:

• Матрица, диагональ которой составляет ¼ будет иметь угол обзора 64° при фокусном расстоянии 2,8;
• При этом матрица с диагональю ½ будет иметь угол обзора 96°.

Данные расчеты справедливы для обозначения горизонтального угла обзора, для поиска вертикального угла необходимо брать в расчет соотношение вертикальных и горизонтальных сторон матрицы.

Определяем необходимое фокусное расстояние

Практически во всех случаях возникает необходимость выбора оптимального угла обзора камеры, который может быть определен благодаря расчету ФР объектива. По сути, угол обзора является зависимой величиной от фокусного расстояния. Оно может разниться для каждого конкретного случая, и напрямую зависит от:

• Расстояния до объекта наблюдения;
• Размера матрицы;
• Размера наблюдаемого объекта.

Так, например, угол обзора в 100° хорошо подойдет для небольших тесных помещений, но будет непригоден для наблюдения за удаленными на несколько десятков метров объектами – при просмотре на записи просто невозможно будет различить детали объекта. При увеличении фокусного расстояния сужается угол обзора и появляется возможность наблюдения за относительно отдаленными объектами.

Зная несколько параметров камеры видеонаблюдения и некоторые данные об объекте наблюдения несложно определить необходимое в каждом конкретном случае ФР объектива.

Оптимальное ФР объектива рассчитывают по формуле:

F= h*S/Н или F= v*S/V, где

h – размер горизонтальной стороны матрицы;

S – расстояние до объекта слежения;

H – размер объекта наблюдения по горизонтали;

v – размер вертикальной стороны матрицы;

V – размер объекта наблюдения по вертикали.

Размер вертикальной и горизонтальной сторон сенсора камеры вы можете узнать из данной таблицы:

Для примера рассчитаем простую задачу. Дано: необходимо наблюдать за фасадной стороной небольшого гаража, шириной 4 метра, расстояние до объекта – 10 метров. Размер матрицы – ½ дюйма. Рассчитать подходящее ФР объектива камеры. Для решения воспользуемся формулой, и подставим все необходимые значения:

Рассчитав формулу мы получили, что ФР объектива должно равняться 16, но есть еще один нюанс. Очень важно, чтобы угол обзора камеры был больше рассчитанного, иначе кроме объекта наблюдения больше ничего не будет видно. Поэтому в данном случае оптимальным фокусным расстоянием объектива камеры будет 8-10 мм. Угол обзора при таких значениях будет равен около 35°, и вполне подойдет для видеонаблюдения за гаражом на расстоянии 10 метров. Ниже приведена подробная таблица с углами обзора камер с различными параметрами фокусного расстояния и размерами матрицы.

При необходимости время от времени менять угол обзора, или в любых сложных ситуациях, когда определиться с фокусным расстоянием до покупки камеры бывает проблематично, стоит приобретать камеры с вариофокальным объективом, которые позволяют регулировать угол обзора вручную. Диапазон ФР таких камер обычно лежит в пределах 2,8-12 мм. При использовании вариофокальных объективов вы можете приближать или отдалять картинку без потерь качества благодаря оптическому увеличению объектива.

Какой угол обзора выбрать?

Ответ на этот вопрос зависит от конкретной задачи, ведь каждая ситуация индивидуальна. Например, для видеонаблюдения за большой территорией без необходимости выделения конкретного объекта используют камеры с широкоугольным объективом 2,8-3,6 мм и углом обзора 70-140°.

Угол обзора 60° подобен углу обзора человеческого глаза, и является средним значением. Камеры с таким углом способны передавать детальное изображение с дальностью до объекта наблюдения до 10 м.

Камеры с длиннофокусным объективом и узким углом обзора (10-30°) применяются для наблюдения за отдаленными объектами, расстояние до которых может варьироваться от 20 до 70 метров, и зависит от ФР объектива.

Есть одна интересная особенность, которая позволяет определить расстояние уверенного распознавания объекта, и может служить своеобразной шпаргалкой при выборе камеры. Она заключается в примерном равенстве фокусного расстояния, выраженного в миллиметрах с дистанцией уверенного распознавания в метрах. Например, камера с матрицей 1/3 дюйма и объективом с фокусным расстоянием 12 мм сможет распознать человеческую фигуру на расстоянии 12 метров. На этом расстоянии размер наблюдаемой зоны будет равняться 3 метра в высоту, и 4 в ширину, что позволит достаточно уверенно провести идентификацию человека.

Угол поля зрения объектива

Наряду с относительным отверстием и фокусным расстоянием, угол поля зрения является одной из важных характеристик объектива. Угол поля зрения объектива — это величина, которая определяется соотношением фокусного расстояния объектива и размера матрицы. Чем меньше размер матрицы при одном и том же объективе, тем меньше угол обзора камеры. Угол зрения пары объектив — матрица полностью зависит от размеров матрицы телекамеры и фокусного расстояния объектива. Но в единственном случае это правило не срабатывает — для сверхширокоугольного объектива типа «рыбий глаз». Такой объектив имеет специальную конструкцию для получения особого «вывернутого» изображения. В большинстве таблиц и справочников, угол зрения объектива обычно указывается, исходя из размеров матрицы, для работы с которыми объектив предназначен. Если размер матрицы немного превышает размер поля изображения объектива, то мы можем получить заметное падение резкости по краям изображения. Значительное несоответствие размера матрицы и поля изображения может привести к виньетированию — затемнению краёв кадра. Поэтому лучше использовать только те объективы, формат которых больше либо равен формату ПЗС матрицы камеры.

Угол поля зрения рассчитывается по формуле:

α= 2*arctg(h/2f),

где: α — угол поля зрения по горизонтали (вертикали);
h — размер матрицы по горизонтали (вертикали), мм;
f — фокусное расстояние объектива, мм.

4. Угол поля зрения

Полем зрения (углом поля зрения) называется та часть пространства предметов, которая видна или изображается с помощью данной оптической системы. Поле зрения оптических систем принято характеризовать в угловой мере. Так, рассматривая какой либо предмет, о его размере судим по тому углу, под которым он виден. Угол зрения объектива понимается как телесный угол (конический) угол, образованный линиями, соединяющими переднюю главную точку объектива с краями изображаемого пространства. Выражают угол зрения величиной плоского угла, вращение которого образует данный конический угол.

Изображение, даваемое объективом, не обладает одинаковым качеством по всему полю, наибольшая резкость и освещенность изображения наблюдаются в центре поля. По мере удаления от центра резкость и освещенность заметно снижаются, а у границ поля изображение весьма расплывчатое и тусклое. Так на изображении, полученном при помощи простой линзы, границы поля зрения невозможно даже установить из-за значительной потери резкости и освещенности к краям поля.

Центральная часть поля зрения объектива, в пределах которой изображение обладает степенью резкости, достаточной для фотографических целей и которая фактически используется в фотосистеме для получения изображения на светочувствительном материале, называют полем изображения объектива. Размер поля изображения определяет размер кадра. Диагональ кадра равна диаметру поля изображения.

Угол, образованный лучами, соединяющими крайние точки поля изображения с задней главной точкой объектива, называется углом изображения объектива β:

где d – диагональ кадра, f — фокусное расстояние.

Поле зрения ограничивается полевой диафрагмой , которая обычно имеет форму круга в наблюдательных приборах (бинокли) и прямоугольную форму – в фотоаппаратах. Размер полевой диафрагмы определяется величиной резкого и достаточно освещенного изображения, заметно неухудшенного аберрациями, пригодного для практических целей.

Рис. Угол поля зрения

Рис. Угол поля зрения и круг изображения кадра 24*36 мм

Классификация объективов по углу изображения

В зависимости от соотношения диагонали кадра и фокусного расстояния объектива различают следующие основные типы объективов:

нормальноугольный— объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра;

узкоугольный — объектив, у которого фокусное расстояние значительно превышает диагональ кадра, имеет небольшой угол изображения и предназначен для съёмки удаленных предметов;

широкоугольный— объектив, у которого фокусное расстояние заметно меньше диагонали кадра; предназначен для съёмки в ограниченном пространстве;

сверхширокоугольный объектив(«рыбий глаз») — объектив, у которого угол изображения больше 140° или даже 180°. Имеет очень большие геометрические искажения и используется, в основном, для художественной съёмки.

объектив с переменным фокусным расстоянием, так называемый трансфокатор(иногда их также называютзумм-объектив, или простозум).

5. Разрешающая спообность (сила) объектива.

Разрешающей способностью называется способность оптической системы изображать раздельно две линии или точки, характеризуется максимальным числом прозрачных и непрозрачных штрихов, равных по ширине, различаемых на 1 мм длины изображения. Определяется по специальным штриховым тестам:

визуально — рассматриванием в микроскоп оптического изображения штриховой миры, построенного объективом, на оптической скамье, не фотографируя его на пленку, полученное значение принято называть разрешающей силойобъектива.

фотографически — фотосъемкой теста. При анализе полученного изображения применяют термин «фотографическая разрешающая способность«.

Величину разрешающей силы определяют ряд факторов: 1) дифракция светана круглых отверстиях оправ, в которые вмонтированы линзы и другие компоненты объектива; 2) остаточныеаберрационные погрешностиоптической системы объектива; 3) светорассеяние в объективе; 4) контраст миры.

Разрешающая сила объективов неоднородна по полю изображения, центральные лучи, идущие вблизи главной оптической оси перпендикулярно плоскости пленки, обеспечивают наибольшее разрешение. Изображение на краях снимка строится наклонными лучами и имеет меньшее разрешение из-за наличия у объективааберраций, которые на краях всегда больше, чем в центре.

Разрешающая сила максимальна при определенном значенииотносительного отверстия (диафрагмы).

Угол изображения

Угол изображения или угловое поле объектива – это угол, образованный лучами, соединяющими крайние противоположные точки кадра с оптическим центром объектива. Иными словами, это максимальный угловой размер объекта, который может быть снят с помощью данного объектива.

Широкий угол изображения позволяет объективу охватить больше пространства за счёт малого масштаба изображения. Узкий угол изображения показывает меньше пространства, но в большем масштабе.

Поскольку кадр имеет прямоугольную форму, следует различать угловое поле, измеряемое по горизонтали, по вертикали и по диагонали кадра. В технических характеристиках фотографических объективов чаще всего указывается наибольший, т.е. диагональный угол изображения.

Величина углового поля обратно пропорциональна фокусному расстоянию объектива и прямо пропорциональна размеру светочувствительного материала (плёнки или матрицы), т.е. чем длиннее объектив и чем меньше матрица, тем меньше угол изображения, и наоборот, чем короче объектив и чем больше матрица, тем угол изображения больше.

Объективы, угол изображения которых составляет 40-60°, считаются нормальными или стандартными. Если угол изображения больше 60°, объектив является короткофокусным или широкоугольным, а если угол меньше 40° – длиннофокусным или телеобъективом.

Как узнать угол изображения для конкретного объектива? Это не сложно. Ниже вы сможете ознакомиться с формулами для расчёта углового поля объектива, а в случае если математические подробности вам не слишком интересны, у вас есть возможность сразу перейти к интерактивному калькулятору, который способен выполнить все вычисления за вас.

Расчёт угла изображения

Чтобы найти угол изображения, достаточно знать фокусное расстояние объектива и линейные размеры матрицы. Угол изображения рассчитывается по формуле:

, где

α – угол изображения (угловое поле) в радианах;

d – расстояние между крайними точками кадра (ширина, высота или диагональ) в миллиметрах;

f – фокусное расстояние объектива в миллиметрах.

Как видите, школьная тригонометрия действительно может пригодиться в жизни.

Для примера найдём диагональный угол изображения для стандартного объектива с фокусным расстоянием 50 мм, установленного на полнокадровую камеру. Размеры полного кадра 36 × 24 мм. Через теорему Пифагора находим диагональ кадра:

мм.

Подставляем длину диагонали и фокусное расстояние в формулу углового поля и получаем:

рад.

Чтобы перевести ответ из радиан в градусы, достаточно умножить его на 180°/π (грубо говоря, в одном радиане содержится примерно 57,3 градуса). Таким образом, угол изображения будет равен 46,8°.

Зная угловое поле объектива, можно рассчитать максимальный линейный размер объекта, вписывающегося в кадр. Очевидно, что в отличие от углового поля, линейный охват пространства напрямую зависит от расстояния до объекта. Для расчёта линейного поля используется следующая формула:

D = 2 • R • tg (α / 2), где

D – охват пространства (линейное поле),

R – расстояние до объекта.

Например, на расстоянии 10 м охват пространства для уже упоминавшегося 50-мм объектива на полнокадровой камере будет равен:

2 • 10 • tg (46,8 / 2) ≈ 8,7 м.

Дабы не тратить время на все эти тригонометрические расчёты можно воспользоваться специальным калькулятором, но прежде я должен сделать одну важную оговорку.

Фокусировка и фокусное расстояние

Приведённая выше формула углового поля предполагает, что объектив сфокусирован на бесконечность. Лишь в этом случае эффективное фокусное расстояние объектива соответствует номинальному. При фокусировке объектива на более близких объектах эффективное фокусное расстояние может изменяться в определённых пределах, что влечёт за собой пропорциональное изменение угла обзора. В большинстве случаев плавание фокусного расстояния весьма незначительно и им можно смело пренебречь, однако при макросъёмке, когда расстояние до объекта сопоставимо с фокусным расстоянием объектива, эффект изменения угла обзора может стать вполне очевидным.

В идеале нам следовало бы подставлять в формулу значение именно эффективного фокусного расстояния для каждой конкретной дистанции фокусировки, но, к сожалению, это не всегда возможно.

Расчёт эффективного фокусного расстояния объектива сравнительно прост и прямолинеен только для классических фиксов, фокусировка которых осуществляется посредством выдвижения вперёд всего оптического блока. Иными словами, их эффективное фокусное расстояние увеличивается по мере увеличения масштаба съёмки, а угол обзора соответственно уменьшается. Эффективное фокусное расстояние в данном случае можно найти по формуле:

, где

F – эффективное фокусное расстояние;

f – номинальное фокусное расстояние;

R – дистанция фокусировки.

Впрочем, для большинства современных объективов эта формула практически бесполезна, поскольку при внутренней фокусировке эффективное фокусное расстояние может меняться самым неожиданным образом. Обычно объектив стараются проектировать так, чтобы по возможности свести к минимуму эффект изменения угла обзора при наводке на резкость. Так, многие современные объективы сохраняют угол обзора практически неизменным вне зависимости от дистанции фокусировки. Некоторые зумы имеют парадоксальную тенденцию к незначительному увеличению угла обзора на малых фокусировочных дистанциях. То есть по сравнению с традиционными объективами они ведут себя достаточно противоестественно.

Впрочем, повторюсь: при съёмке с нормальных дистанций всем этим колебаниям не стоит придавать слишком большого значения.

Калькулятор угла изображения

Настоящий калькулятор позволяет определить угол обзора любого объектива, а также линейный охват пространства в зависимости от расстояния до объекта съёмки.

Для начала вам необходимо указать следующие параметры:

Фокусное расстояние

Истинное (не эквивалентное!) фокусное расстояние объектива в миллиметрах.

Формат матрицы фотоаппарата. Выберите нужный вариант из выпадающего списка. В скобках указан кроп-фактор.

Расстояние до объекта

Для вычисления линейного охвата пространства необходимо указать расстояние до объекта съёмки в метрах.

При желании вы можете также включить опцию «учитывать изменение фокусного расстояния при фокусировке». В этом случае калькулятор примет в расчёт увеличение эффективного фокусного расстояния по мере уменьшения дистанции фокусировки. Дистанцией фокусировки будет считаться расстояние до объекта, указанное ранее. Напомню, что это работает только при использовании традиционных объективов с фиксированным фокусным расстоянием. Если вы пользуетесь современным объективом с внутренней фокусировкой или плавающими элементами, вам стоит проигнорировать данный пункт.

Исходные данные

Угол изображения

Охват пространства на расстоянии 5 м

Точность всех этих вычислений не слишком высока. Причин тому несколько: во-первых, истинное фокусное расстояние объектива может несколько отличаться от номинального (разница может доходить до 5%); во-вторых, как уже было сказано выше, эффективное фокусное расстояние может изменяться при фокусировке; в-третьих, размер сенсора также не вполне постоянен даже в пределах одного формата, и, наконец, в-четвёртых, определённое влияние на угол обзора оказывает дисторсия объектива, которую очень сложно учесть при расчётах.

Словом, несмотря на то, что в технических характеристиках объективов принято указывать углы обзора с точностью до десятой доли градуса, не стоит доверять этим цифрам безоговорочно.

Объективы типа «рыбий глаз»

Формула углового поля годится только для условно ортоскопических объективов, т.е. обладающих лишь незначительной дисторсией. К объективам типа «рыбий глаз» (fisheye) она неприменима.

В сущности, существуют две основные группы объективов, называемых fisheye: циркулярные и диагональные. Циркулярные объективы имеют угол обзора около 180° во всех направлениях. В этом случае круг изображения оказывается как бы вписанным в прямоугольник кадра. При использовании же диагональных объективов изображение заполняет кадр целиком, а угол обзора составляет 180° по диагонали кадра.

Спасибо за внимание!

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Проектирование и монтаж систем охранного телевидения и домофонов

Введение
1. Определения и сокращения
2. Классификация систем охранного телевидения
3. Вопросы проектирования систем охранного телевидения
4. Выбор и размещение оборудования
5. Варианты оборудования объектов
6. Домофоны
Приложение А. Перечень государственных стандартов, руководящих и нормативных документов
Приложение Б. Библиография
Приложение В. Распознаваемость объекта контроля в зависимости от целевой задачи видеоконтроля
Приложение Г. Методы защиты систем охранного телевидения от несанкционированных воздействий
Приложение Д. Защитные свойства кожухов
Приложение Е. Англо-русский словарь
Приложение Ж. Символы и условные обозначения для чертежей систем охранного телевидения

4.1. Телевизионные камеры и объективы
4.1.1. Количество телевизионных камер
При определении количества видеокамер необходимо иметь в виду следующее:

• недостаточное количество телевизионных камер приводит к наличию на охраняемом объекте не просматриваемых зон, в которых может перемещаться нарушитель, оставаясь незамеченным, либо могут находиться материальные ценности;
• чрезмерное количество телевизионных камер приводит к:
  • возможности многократного повторения большого количества ракурсов из одной зоны видеоконтроля, что может помешать оператору правильно оценить ситуацию;
  • неоправданному росту стоимости оборудования (камеры, объективы, кожухи, кабели, разъемы и др.);
  • усложнению коммутационной аппаратуры;
  • уменьшению времени наблюдения каждой камеры или уменьшению размеров изображения на экране монитора (при отображений мультикартины).

В итоге, вместо ожидаемого увеличения информативности, происходит ее уменьшение.

4.1.2. Поле зрения объектива
Выбор каждой конкретной камеры видеонаблюдения начинают с расчета необходимого поля зрения объектива по горизонтали (V) и вертикали (Н), а также расстояния до объекта контроля (D). По этим данным углы зрения необходимого объектива по горизонтали ( a_г ) и вертикали ( a_в ) определяют по формулам:

где V, Н — поле зрения объектива по горизонтали и вертикали, м;
D — расстояние до объекта контроля, м.

где V и Н — размер ПЗС-матрицы по горизонтали и вертикали, мм (см.
таблицу 1);
f₁, f₂ — фокусные расстояния объектива, мм.

Из значений f₁ и f₂ выбирают меньшее для охвата всего необходимого поля зрения. Затем выбирают стандартный объектив с ближайшим меньшим фокусным расстоянием, который обеспечивает несколько большее поле зрения.

Оптический формат ПЗС-матрицы, дюймов

Далее определяют минимальную деталь объекта контроля, которая может различаться с помощью выбранных камеры и объектива:

где R — разрешение телевизионной камеры , ТВЛ;
D — расстояние до объекта контроля, м;
S_H, S_V — размеры МРД по горизонтали и вертикали, мм.

После этого рассчитанное значение размера МРД по горизонтали сравнивают с показателями, приведенными в таблице 2.

Целевая задача видеоконтроля

Размер МРД по горизонтали, мм

Примечание — Размер МРД по вертикали определяется стандартом строчной развертки (625 строк) и практически всегда меньше размера МРД по горизонтали.

1. с помощью люксметра, который имеет спектральную характеристику, соответствующую характеристике зрения человека, измеряют освещенность сцены;
2. определяют значение коэффициента отражения реального объекта контроля (по таблице 3).

1. Одежда человека

— цвета слоновой кости

2 Лицо человека

3. по технической документации определяют светосилу объектива для определения необходимого коэффициента прохождения (таблица 4).
4. рассчитывают минимальную освещенность на датчике изображения (E_sensor), которая может быть получена в зоне контроля камеры по формуле

где E_sensor — освещенность на датчике изображения, лк;
E_scene — освещенность сцены, лк;
R — коэффициент отражения объекта контроля;
F — светосила объектива;
Т — коэффициент передачи объектива.

Полученный результат E_sensor должен быть выше чувствительности, указанной в паспорте на видеокамеру для данного типа источника освещения.

4.1.4. Синхронизация по сети питания
Синхронность работы всех камер видеонаблюдения обеспечивает четкое (без срывов синхронизации видеомонитора) переключение камер. Это особенно важно при проведении записи на видеомагнитофон, так как время захвата синхронизации у него достаточно велико.
Наиболее простым и удобным способом синхронизации телевизионных камер является синхронизация по сети питания. Этот способ предпочтителен еще и по другой причине. При освещении помещения лампами дневного света, освещенность в помещении колеблется с частотой 100 Гц, а информация с ПЗС-матрицы снимается с частотой 50 Гц. Но частота сети питания (ламп дневного света) может отличаться от 50 (+- 1) Гц. В результате соседние полукадры снимаются в моменты разной освещенности помещения и, следовательно, яркость изображения на экране монитора будет «плавать». Для устранения данного эффекта следует снимать информацию с ПЗС-матрицы гарантированно в один и тот же момент времени. Это можно сделать только путем синхронизации ТК с частотой питающей сети.
На предприятиях-изготовителях телевизионных камер настраивают на синхронизацию по переходу питающего напряжения через ноль. Однако при питании телевизионных камер от разных фаз трехфазной сети требуется проводить регулировку фазы синхронизации. Поэтому при выборе телекамеры необходимо соблюдать условие, чтобы в ней была предусмотрена возможность плавной (или ступенчатой) подстройки задержки фазы синхронизации.
Наиболее простой способ настройки синхронизации телевизионных камер состоит в следующем:

1. одну из камер принимают за образцовую, а вторую — за регулируемую;
2. обе камеры подключают на один монитор — на два видеовхода или на один видеовход с помощью Т-соединителя;
3. с помощью регулировки монитора «Стабильность по горизонтали» добиваются однородного изображения;
4. с помощью регулировки монитора «Стабильность по вертикали» выводят на экран две черные полосы (импульсы вертикальной синхронизации);
5. регулировкой фазы синхронизации телекамеры совмещают указанные две полосы.

В моделях телевизионных камер , которые питаются постоянным напряжением, стандартной является внутренняя синхронизация по кварцевому генератору.
4.1.5. Установка телевизионной камеры
При установке телекамеры следует руководствоваться следующими принципами:

• камеру следует располагать на местности так, чтобы избежать возможных прямых засветок объектива яркими источниками света (солнце, фары машин и др.);
• размещать камеру видеонаблюдения так, чтобы размеры «мертвой» зоны были минимальными (рисунок 2).

где L₁ — расстояние от стены до объектива телекамеры, м;
Н — высота установки телекамеры, м;
a_v — угол зрения объектива телевизионной камеры по вертикали;
b — угол между вертикальной осью и осью телевизионной камеры (угол наклона камеры).

Указанные расчеты проводят для каждой выбранной зоны видеоконтроля и затем рассчитывают общее число камер в системе охранного телевидения.

4.2. Средства оснащения телевизионных камер
4.2.1. Кожух
Кожухи для видеокамер бывают следующих типов:
I. Внутренний кожух предназначен:

• для защиты видеокамер и объективов от пыли;
• для улучшения эстетических свойств телекамеры (декоративный кожух);
• для маскировки камеры видеонаблюдения — кожух, который маскирует ТВ-камеры под предметы обстановки комнаты (лампа и др.) и затемненный кожух (не видно куда направлена камера);
• антивандальный кожух — применяют в помещениях, где возможно физическое уничтожение или повреждение видеокамер наблюдения (тюрьма, школа, и т.п.). Такой кожух изготавливают из твердых сплавов, имеет ударопрочное бронестекло, а следовательно, способен продержаться до прибытия работников охраны.

II. Погодный (уличный) кожух применяют для защиты камер от:

• осадков;
• температурных перепадов;
• вандализма.

Основные технические характеристики кожуха, на которые следует обращать внимание при его выборе, следующие:

• размеры кожуха — определяют максимальный размер телекамеры с объективом, которая может быть помещена в данный кожух. При выборе кожуха (особенно по прайс-листам) необходимо выяснить: какие размеры кожуха приведены — внутренние или наружные;
• защитные свойства кожуха — классифицируют согласно мировым стандартам двухразрядными номерами: IP . Первая цифра — степень защиты от проникновения посторонних предметов, вторая — степень защиты от проникновения влаги. Классификация защитных свойств кожухов приведена в приложении Д;
• мощность нагревателя — выбирают из условия: при низких температурах окружающей среды (для России нижний предел составляет минус 40 °С) внутри кожуха должна поддерживаться температура, при которой может работать телекамера. Если мощности встроенного в кожух нагревателя не хватает, рекомендуется ставить дополнительный нагревающий элемент;
• масса кожуха (с телекамерой и объективом) — должна быть учтена при выборе кронштейна;
• напряжение питания кожуха (обычно 12, 24, 220 В) — при выборе напряжения питания рекомендуется следить за тем, чтобы номенклатура напряжений питания была минимальной. Например, если телевизионная камера имеет встроенный источник питания и питается от сети напряжением 220 В, то рекомендуется выбирать кожух с напряжением питания 220 В.

4.2.2. Кронштейн
Кронштейн предназначен для крепления телевизионных камер (допускается в кожухе, на поворотном устройстве и с ИК-прожектором) на различные несущие конструкции (стена, потолок, столб, угол здания и др.), а также для крепления оборудования аппаратуры поста наблюдения (монитор, видеомагнитофон и др.).
Основные технические характеристики, которые следует учитывать при выборе кронштейна, следующие:

• нагрузочная способность кронштейна — масса, которую может выдержать кронштейн без механических повреждений (перелом, искривление и др.). Масса оборудования, устанавливаемого на кронштейн (с учетом ветровых нагрузок), не должна превышать нагрузочной способности кронштейна. Кронштейн для применения на улице, как правило, делают из металла с антикоррозионным покрытием;
• длина кронштейна — выбирают так, чтобы камера, установленная на кронштейне (возможно на поворотном устройстве), не задевала за несущие конструкции;
• тип крепления кронштейна — показывает: для какой конструкции предназначен данный кронштейн (стена, потолок, пол, столб, угол здания и др.). Тип крепления кронштейна рекомендуется выбирать после окончательного выбора места установки телевизионных камер .

4.2.3. Поворотное устройство
Поворотное устройство предназначено для дистанционного поворота телекамеры в целях обзора большой площади или направления ее на интересующий объект контроля. Обычно поворотное устройство применяют вместе с вариообъективом. В дежурном режиме камера наблюдения имеет широкий угол обзора и осуществляет сканирование в автоматическом режиме. При необходимости (например при обнаружении движения в зоне контроля) оператор уменьшает угол обзора, дистанционно увеличивая фокусное расстояние вариообъектива для детального рассмотрения обстановки, и одновременно поворачивает телекамеру в интересующем направлении.
Поворотное устройство может быть внутренним и наружным. Наружное поворотное устройство имеет, как правило, большую максимальную нагрузку, класс защиты IP 66 и соответствующий температурный диапазон (от минус 40 до плюс 60 °С).
Основные характеристики поворотных устройств следующие;

• максимальный угол поворота — определяется размерами зоны контроля и может составлять до 360° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях;
• скорость поворота — показывает на сколько градусов в секунду может быть повернуто поворотное устройство. Для большинства широко применяемых поворотных устройств скорость не превышает 5. 7 °/с.

Существует особый класс оборудованных телевизионных камер (так называемый AutoDome). Устройство AutoDome включает в себя камеру, оснащенную вариообъективом с автоматической настройкой на фокус, и высокоскоростное поворотное устройство (скорость до 360 °/с).
Имеются приспособления управления поворотными устройствами, позволяющие заранее программировать позиции, в которые поворотное устройство будет поочередно поворачиваться при ведении наблюдения;
Точность установки — т.е. точность, с которой поворотное устройство поддерживает ТВ-камеры в установленном положении. У большинства поворотных устройств этот параметр не превышает 3°, а у AutoDome — 0,5°.

4.3. Мониторы
Успешное выполнение целевой задачи видеоконтроля во многом определяется не только параметрами монитора (черно-белый или цветной, размер экрана, и т.п.), но и физиологическими характеристиками человека-оператора (особенности зрительной функции, время реакции на оценку ситуации и принятие решения, и т.п.), от которых зависят количество мониторов, приходящихся на одного оператора, и правила их расположения.
4.3.1. Расстояние наблюдения
Выбор расстояния наблюдения (от оператора до монитора) проводится следующим образом:

• Минимальное расстояние наблюдения выбирают из соображений безопасности оператора (уменьшение влияния излучения от монитора). Оно составляет примерно пять диагоналей экрана монитора.
• Максимальное расстояние наблюдения должно быть таким, чтобы характеристики зрения человека (острота зрения, пороговый контраст и др.) не влияли на общее разрешение системы охранного телевидения .

Максимальное расстояние наблюдения рассчитывают по формуле

где D — максимальное расстояние наблюдения, см;
d — размер видеомонитора по диагонали, см;
R — разрешающая способность системы охранного телевидения по горизонтали, ТВЛ;
a — острота зрения человека.

Расчеты проведены для следующих данных:

• острота зрения человека — 1′ (одна угловая минута);
• освещенность — 100. 700 лк;
• разрешающая способность системы — 400 ТВЛ.

В таблице 5 приведены результаты расчетов для наиболее часто используемых размеров видеомониторов (минимальное и максимальное расстояния наблюдения).

Размер экрана монитора по диагонали, дюймов (см)

Рекомендуемое расстояние наблюдения, м

4.3.2. Настройка монитора
Благодаря наличию регулировок, монитор можно настраивать с учетом внешних условий и при правильной настройке — продлить срок службы электронно-лучевой трубки, избежать ее преждевременный выход из строя.
Настройку монитора осуществляют в следующей последовательности:

1. устанавливают уровень освещения в помещении, соответствующим реальным условиям работы оператора (например, согласно требованиям санитарно-гигиенических норм);
2. устанавливают яркость и контрастность на минимум;
3. увеличивают яркость до появления слабо заметного свечения по всему монитору;
4. через несколько секунд (когда привыкнут глаза) снова уменьшают яркость до исчезновения свечения монитора;
5. снова увеличивают яркость до появления слабого свечения монитора;
6. увеличивают контрастность до появления четко наблюдаемого изображения.

Примечание — Чрезмерная контрастность приводит к уменьшению четкости (расплыванию) изображения.

4.4. Контрольное оборудование
Контрольное оборудование включает в себя все устройства обработки и совмещения видеосигналов (переключатели, квадраторы, мультиплексоры, видеоматрицы и др.), устройства управления телевизионной камерой , компьютеры.
При выборе контрольного оборудования необходимо принимать во внимание следующее:

• количество видеовходов должно соответствовать (или превышать для будущего расширения системы охранного телевидения ) общему количеству телевизионных камер ;
• количество видеовыходов должно соответствовать (или превышать для будущего расширения системы охранного телевидения) общему количеству видеомониторов, видеомагнитофонов и других приемников сигнала;
• количество тревожных входов должно соответствовать количеству телевизионных камер ;
• оборудование должно иметь по крайней мере один тревожный выход;
• должна программироваться работа оборудования как в обычном, так и в тревожном режимах.

Контрольное оборудование должно обеспечить:

• совмещение всех телевизионных камер системы на один или группу мониторов;
• обработку видеосигналов со всех или некоторых телевизионных камер (обнаружение движения в зоне видеоконтроля, наложение на видеосигнал служебной информации и др.);
• управление всеми телекамерами, расположенными на поворотных устройствах или имеющими объективы с трансфокаторами;
• синхронную работу всех компонентов системы охранного телевидения .

Все контрольное оборудование должно соответствовать одному стандарту видеосигнала и сигналов телеметрии. Контрольное оборудование, по возможности, не должно ухудшать разрешающую способность, отношение сигнал/шум и другие характеристики системы охранного телевидения в целом.
Все контрольное оборудование (за исключением органов управления пользователя) размещают в специальных металлических шкафах или видеосейфах, предназначенных для защиты оборудования от несанкционированного воздействия. Видеосейф, запираемый ключом и кодом, может иметь программируемую задержку на открывание (вскрытие персоналом под принуждением требует длительного ожидания).

4.5. Оборудование для записи и архивирования
Оборудование для записи и архивирования включает в себя видеомагнитофоны, видеопринтеры, накопители на жестких дисках компьютера и другое оборудование.
Оборудование должно обеспечить запись и последующее воспроизведение видеоизображений от всех или только указанных телевизионных камер в заданном режиме (более трех часов на 180-минутную видеокассету) непрерывно или по заданной программе (время записи, продолжительность, режим, запись по тревоге и др.).
Оборудование для записи и архивирования должно быть совместимо с видеокамерой, контрольным оборудованием и видеомонитором(ами) по формату видеосигнала, типу подключения и др.
Видеомагнитофон(ы) в системе охранного телевидения должны быть запрограммированы для работы в обычном и тревожном режимах.
Следует обратить особое внимание на выбор видеокассет, так как они должны отвечать довольно высоким требованиям, которые определяются жесткими условиями эксплуатации. Прежде всего это относится к магнитной ленте, которая в условиях повышенного и неравномерного натяжения должна обеспечивать многократную перезапись без потери качества видеосигнала. Соответственно, высокие механические параметры должна иметь основа (прочность, устойчивость к растяжению и другой деформации, точная геометрия). Необходимо, чтобы рабочий слой был стойким к истиранию и имел невысокую абразивность во избежание преждевременного износа головки спецвидеомагнитофона.
Рекомендуется применять видеокассеты ведущих мировых производителей, исполненные в стандарте VHS или S-VHS длиной Е-180 или Т-120 (у более длинных лент, например Е-240, она имеет меньшую толщину, а соответственно и прочность). Желательно, чтобы эти видеокассеты имели индексы PRO, HGX или PHG.
Оборудование для записи и архивирования должно быть размещено в видеосейфах. Архивы на видеокассетах помещают в сейфы, опечатывают и хранят определенное количество времени,
Более подробно с техническими характеристиками и принципами выбора оборудования для систем охранного телевидения можно ознакомиться в [1, 2].

4.6. Устройства передачи видеосигнала
Для передачи телевизионного сигнала в системах охранного телевидения могут быть использованы как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, линии передачи » витая пара», телефонные линии, волоконно-оптические линии и др.), так и беспроводные — радиоканал, лазерный или ИК-канал.
4.6.1. Проводные каналы связи
Коаксиальный кабель — наиболее распространенный способ передачи изображения в реальных системах охранного телевидения .
Основными характеристиками кабеля являются его волновое сопротивление, диаметр и погонное затухание.
Как правило, входные и выходные сопротивления основных компонентов системы охранного телевидения имеют значение 75 Ом, т.е. рассчитаны на применение кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом. Поэтому применять для передачи видеосигнала кабели с волновым сопротивлением, отличным от 75 Ом, не рекомендуется.
Максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю зависит от целевой задачи видеоконтроля и определяется исходя из допустимого затухания видеосигнала в кабеле (для идентификации — 3 дБ, для обнаружения — 6 дБ),
Затухание в коаксиальном кабеле зависит, в основном, от его диаметра и составляет 2,6 дБ на 100 м (для кабеля диаметром 6 мм) и 1,4 дБ на 100 м (для кабеля диаметром 9 мм).
Исходя из приведенных выше цифр, можно рассчитать максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю.
При необходимости передачи сигнала на большие расстояния применяют видеоусилители. При их использовании максимальное расстояние передачи видеосигнала может быть определено по формуле

где К_ус — коэффициент компенсации усилителя, дБ;
К_зат — затухание в кабеле на 100 м, дБ.

Внимание! Не допускается прокладывать коаксиальные кабели и высоковольтные кабели сети питания вместе в одном коробе или трубе.

Для передачи сигнала на большие расстояния (до 1,5 км) возможно применение линии передачи «витая пара» с соответствующим оборудованием (передатчиком и приемником) для преобразования видеосигнала в симметричный, поскольку на выходе камеры сигнал несимметричен.
В настоящее время используются три системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:

• системы с компрессией изображений по принципу «условного обновления» (CR), предназначенные для передачи только информации об изменении изображения от кадра к кадру;
• системы с MPEG-компрессией, в которых используют специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;
• системы с JPEG-компрессией, которые обеспечивают независимое сжатие кадра изображения.

В специальных системах охранного телевидения , когда требуются повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяют волоконно-оптическиелинии связи. Дальность действия таких систем охранного телевидения (как и при передаче по телефонным линиям) практически не ограничена. Относительная дороговизна данных систем обусловлена тем, что телекамера не имеют выхода для подключения оптоволоконного кабеля, поэтому требуется вводить в системах охранного телевидения преобразователи электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме того, прокладка, сращивание и подключение оптоволокна достаточно сложны. Однако при увеличении дальности передачи видеосигнала стоимость системы охранного телевидения с волоконно-оптическим кабелем меньше стоимости системы передачи с помощью коаксиального кабеля (из-за большого количества усилителей, корректоров и другого оборудования и материалов). Например, видеосигнал от десяти телевизионных камер можно передавать по одному оптоволокну, а в случае использования коаксиального кабеля приходится использовать 10 отрезков такого кабеля необходимой длины и такое же количество усилителей, корректоров и др.

4.6.2. Беспроводные каналы связи
При создании мобильных и переносных систем, а также при невозможности или нецелесообразности прокладки кабельных линий используют радиоканалы связи. Дальность передачи при этом составляет от сотен метров до нескольких километров. В простейшем случае видеокамеру подключают к радиопередатчику дециметрового диапазона, а сигнал принимается на обычный телевизор. Однако такие системы имеют существенные недостатки: могут создавать помехи бытовому теле- и радиовещанию, а сигнал в зоне действия передатчика может принимать преступник. Этих недостатков лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом диапазоне, а также инфракрасные и лазерные системы.
Инфракрасные системы работают следующим образом: передатчик ИК-диапазона преобразует сигнал от одной или нескольких телевизионных камер в модулированное излучение ближнего инфракрасного диапазона (780. 850 нм) и выдает в виде узкого луча. Приемник, находящийся на расстоянии до 2000 м, осуществляет обратное преобразование. Такие системы не требуют разрешения на их применение от Государственной комиссии по радиочастотам при Государственном комитете Российской Федерации по связи и информации. В то же время эти системы достаточно дорогостоящие, а их дальность действия в значительной мере зависит от оптической плотности среды (снег, дождь, туман, пыль, и т.п.).
Большинство беспроводных систем передачи видеосигнала имеет достаточно узкие диаграммы направленности. Поэтому такие системы критичны к выравниванию и установке передающих и приемных антенн. При проектировании указанных систем и их монтаже упор должен быть сделан на методы выравнивания и жесткости крепления антенн. Естественные движения высоких сооружений, на которых закреплены антенны, могут серьезно воздействовать на эффективность системы передачи.

4.7. Особенности монтажа систем охранного телевидения
4.7.1. Методы фиксации кабеля камеры во внешнем кожухе на поворотном устройстве
Вследствие постоянного изгиба кабеля, подведенного к телекамере на поворотном устройстве, необходимо принимать предохранительные меры против преждевременного повреждения кабеля. В частности, нужно фиксировать кабель в точке входа в кожух. В случае применения защитных направляющих, которые обеспечивают жесткость кабеля на выходе из кожуха, дополнительная фиксация может быть достигнута посредством заполнения этих направляющих силиконовым герметиком. Также важно обеспечить стабильное положение кабеля, которое гарантирует минимальные нагрузки на него в течение всего срока службы (например, с помощью хомутиков, прикрепляющих кабель к кожуху телекамеры).

4.7.2. Земляная петля
Земляная петля — ситуация, когда коаксиальный кабель, по которому передается видеосигнал, соединяет корпуса двух приборов, объединенных общей системой питания. В этом случае по экрану коаксиального кабеля также начинает протекать некоторая доля тока питания, который потребляет находящееся рядом оборудование (подъемный кран, сварочный аппарат и др.). Таким образом, на внешнем экранирующем проводнике коаксиального кабеля образуется перепад напряжения (может достигать от нескольких единиц до десятков вольт) с частотой питающей сети (50 Гц). Поскольку напряжение видеосигнала измеряется относительно экрана, то этот перепад попадает в видеосигнал. В результате (при передаче на удаленный пункт наблюдения видеосигнала, в котором заземление находится при другом потенциале) на видеомониторе появляются искажения, что делает видеоизображение неприемлемым.
Основными методами борьбы с земляной петлей являются:

• применение телевизионных камер с двойной изоляцией, тщательно изолирующей телекамеру от кожуха и кронштейна крепления;
• применение изолирующего трансформатора для развязки сигнальной линии и разрыва земляной петли. Его корпус следует заземлить (монитор также должен быть заземлен), поэтому трансформатор необходимо располагать в непосредственной близости от монитора.

Многообразие помещений и территорий, существующих на различных объектах, не позволяет дать однозначные рекомендации по размещению телевизионных камер на объекте. В данном разделе рассмотрены некоторые стандартные помещения (комната, коридор, лестница) и территории (периметр, стоянка автомобилей), которые могут быть на большинстве объектов, и даны рекомендации по размещению телевизионных камер в этих помещениях (на территориях). В любом случае варианты оборудования объектов должны выбираться индивидуально для каждого объекта на стадии его обследования и согласовываться с заказчиком.
Для рисунков 4-8, представленных в этом разделе, введены следующие обозначения:

• А, В — длина и ширина зоны видеоконтроля, м;
• V — поле зрения телекамеры по горизонтали, м;
• Н — поле зрения телекамеры по вертикали, м;
• h — высота установки телекамеры, м;
• a_г, a_в — углы зрения телекамеры по горизонтали и вертикали.

Расчеты МРД проведены для телекамеры обычного разрешения (380 ТВЛ).

5.1. Помещения
При охране помещений с помощью системы охранного телевидения (рисунок 4) возможно выполнение следующих задач:

• общее наблюдение за текущей обстановкой в помещении;
• контроль за входной дверью;
• наблюдение за всеми проемами (двери, окна) помещения.

Для решения примера возьмем конкретные размеры помещения А = 3 м, В = 4 м.
Первую задачу решает камера ТК1, обладающая широким углом зрения (до 100°), а следовательно, охватывающая всю площадь помещения. Минимальная различимая деталь (изображения) на дальней границе зоны видеоконтроля при этом S_H = 31 мм.
С помощью камеры ТК1 возможно выполнение только целевой задачи — обнаружения.
Для контроля всех входящих в помещение используется камера ТК2, которая имеет малый угол зрения. Выбирают камеру с углом зрения по вертикали, исходя из высоты двери или роста человека (т.е. поле зрения по вертикали Н равно примерно 1,8 м). Минимальная различимая деталь (изображения) при этом S_H = 4 мм.
С помощью этой телевизионной камеры возможно выполнение целевой задачи различения объекта контроля. Для идентификации объекта контроля применяют Ткамеру К высокого разрешения (R = 600 ТВЛ).
Для наблюдения за всеми проемами помещения используется расположенная на потолке на поворотном устройстве камеры ТК3, оборудованная объективом с трансфокатором и имеющая предустановки на окна и двери.

5.2. Коридоры
Для охраны коридора, как и для охраны комнаты, возможно решение следующих задач:

• наблюдение за всеми лицами, выходящими в коридор из кабинетов;
• контроль всех лиц, входящих в коридор через входную дверь (например с лестничной клетки).

Решение этих задач можно выполнить (рисунок 5) с помощью одной телекамеры, оборудованной объективом с трансфокатором, или двух телекамер с большим и малым углами зрения ( a_Г2 и a_Г1 ).

При длине коридора 10 м, ширине 2,5 м и расположении первой двери на расстоянии 3 м от телекамеры имеем на дальней границе зоны контроля S(a_Г1) = 21 мм; S(a_Г2) = 6 мм.

To есть с помощью таких телевизионных камер можно выполнять целевую задачу обнаружения и различения соответственно. Если применяют объектив с трансфокатором, его увеличение должно быть равно 3 при минимальном угле обзора a_Г2 = 15° . Для выполнения задачи по идентификации входящих в торцевую дверь лиц используют видеокамеры высокого разрешения.

5.3. Лестницы и входные двери
Наблюдение лестничных пролетов первого и второго этажа (рисунок 6) рекомендуется вести с промежуточных площадок между этажами (выше второго этажа устанавливать телекамеру нецелесообразно). На указанных площадках рекомендуется устанавливать по две камеры, направленные, соответственно, вверх и вниз по лестнице, и располагать их под потолком.
При длине лестничного пролета 10 м и ширине 2,5 м расчет телевизионных камер совпадает с подразделом 5.2.

5.4. Периметр
При охране периметра территории объекта вдоль забора выделяют зону отторжения (не менее 2 м), в которой не должны находиться посторонние предметы, деревья, кустарники, высокая трава и другие преграды. Весь периметр разбивают на прямолинейные участки и устанавливают размеры контролируемых зон. Телевизионную камеру, контролирующую участок периметра, располагают на поворотном/наклонном устройстве и оборудуют объективом с трансфокатором. Минимальное фокусное расстояние выбирают, исходя из условия уменьшения «мертвой» зоны под ТВ-камеру, а максимальное — чтобы обеспечить поле обзора телекамеры, равное ширине зоны отторжения (V) на дальней границе зоны контроля.
При длине контролируемого периметра D = 100 м, ширине зоны отторжения V = 2 м и выборе объектива (с трансфокатором) с увеличением не менее 6 и максимальным углом зрения 45° имеем на дальней границе зоны контроля:

• при максимальном угле зрения S = 218 мм;
• при минимальном угле зрения S = 32 мм.

То есть на дальней границе зоны контроля камеры видеонаблюдения с указанными параметрами возможно выполнение целевой задачи обнаружения. Для большей детализации объекта контроля необходимо применять телекамеры более высокого разрешения и объектив с большим увеличением.

Продолжение документа по ссылке вверху

Торговый дом

+7 (495) 931 99 18

Москва

115230, Электролитный пр-д,
д. 3, стр. 5
м. Нагорная.

Калуга

248023, ул. Тульская,
д. 189, корпус 4, этаж 2,
офис № 6