#библия видеонаблюдения #владо дамьяновски #оптика #линзы
При всём многообразии оптических компонентов, линз у нас всего два типа - выпуклые и вогнутые. Выпуклые линзы имеют положительную величину фокусного расстояния, то есть их точка фокуса является реальной, а не воображаемой. В простонародии такие линзы называют увеличительными стёклами. У вогнутых линз фокусное расстояние имеет отрицательное значение и точка фокуса у них воображаемая, а объекты кажутся уменьшенными.
Давайте пробежимся по характеристикам линз! Важнейшие из них:
- Главная плоскость - та, которая проходит через геометрический центр линзы
- Оптическая ось - перпендикулярна главной плоскости и тоже проходит через геометрический центр линзы
- Фокус - точка, в которой после прохождения линзы сходятся лучи, параллельные оптической оси линзы
- Фокусное расстояние - длина отрезка от точки фокуса до главной плоскости (оптического центра)
- Оптическая сила - величина обратная фокусному расстоянию.
С точки зрения формы поверхности линзы бывают очень разнообразными: плоские, выпуклые, вогнутые, выпукло-вогнутые, плоско-вогнутые (в этом случае одна из поверхностей плоская) и т.п. Линзы различных типов можно применять совместно, для устранения искажений (аберраций), вызванных действием различных факторов. Какие же искажения возможны? Самое простое - радуга! Да, да, если во время дождя, когда солнечный свет проходит через (призму) капли воды и "раскладывается" на лучи различного цвета это выглядит красиво, то в видеонаблюдении этот эффект может сильно исказить картинку. Ведь проходя через призму лучи белого солнечного света, которые состоят из световых волн всех длин (то есть цветов), воспринимаемых человеческим зрением (ну и остальных тоже). Показатели преломления мы с вами изучали чуть раньше, так вот когда луч проходит через призму он получается проходит среды с различным показателем преломления и волны различный длинны по разному отклоняются от поверхности (пропорционально их частотам) и таки образом луч раскладывается на компоненты.
Выпуклую линзу можно представить в виде огромного количества прилегающих друг к другу призм, образующих своего рода мозаику. Вполне очевидно, что изображение, полученное при помощи такой линзы в лучах дневного света (как наиболее распространённого), будет, как это и происходит в призмах, разложено на основные цвета. Это происходит из-за того, что точка фокуса для лучей различного цвета будет находится в разных местах. Проявление этого нежелательного эффекта называют цветовыми искажениями или хроматической аберрацией.
Нам нужно обязательно усвоить, что хроматическая аберрация (пишется с двумя "р", а не "б"🤣) в большей степени происходит не из-за погрешностей в изготовлении линз (хотя и это тоже влияет), а вследствие естественного процесса разложения белого света на составляющие при прохождении луча через каждый из оптических элементов объектива.
Хроматическую аберрацию возможно минимизировать, комбинируя между собой выпуклые и вогнутые линзы, в результате чего луч белого света вначале раскладывается проходя через выпуклую линзу, а потом собирается проходя через вогнутую, поскольку в них происходит обратный эффект разложению в зависимости от угла падения. Тщательный подбор пары линз (толщины и точки фокуса) позволит достичь того, что луч белого света, проходя через такую систему будет фокусироваться в одной точке. такой подбор позволяет создать комбинацию, эквивалентную по фокусному расстоянию одной линзе, но свободную от хроматической аберрации. Возможно и склеивание линз специальным клеем. Вот почему при изготовлении объективов с определённым расстоянием требуется несколько оптических элементов. Помимо хроматической аберрации, в линзах существуют ещё и другие искажения: геометрические (подушкообразность или бочкообразность) и сферические. Чтобы исправить эти искажения в систему, также, необходимо добавлять дополнительные оптические элементы. При проектировании объективов всегда стремятся найти оптимум между максимальной коррекцией всех возможных искажений (чтобы получить высококачественное изображение) и минимизацией количества оптических элементов, чтобы не удорожать стоимость производства и не выходить за рамки технологического процесса. Представьте себе сколько комбинаций можно собрать из десяти или более оптических элементов! Раньше инженеры-оптики, вместе с математиками, в ручную производили долгие расчёты, чтобы спроектировать объектив.
