Мы с вами разбирались в матрицах и их размерах, характеристиках. Немного рассмотрели характеристики объективов. А "скачем" мы так от одного компонента в камере видеонаблюдения к другому потому что:
- для описания одних характеристик никак не обойтись без описания других (размер матрицы и светочувствительность, например);
- многое из того, что раньше было разными частями камеры теперь является её неотъемлемой частью (объектив, например).
Вот и получается, что при рассказе про одно никак не обойтись без "лирических" отступлений. Но нужно пытаться следовать алгоритму или маршруту, а для этого его желательно создать.
Ранее не было это сделано, чтобы показать как в технике может быть всё запутано на первый взгляд.
Итак! Мы разбираем характеристики на примере конкретного производителя и камеры, но давайте всё-таки сначала упростим себе задачу, определим из чего на сегодняшний день состоит камера видеонаблюдения, какие в ней есть узлы и компоненты, за что они отвечают и какими характеристиками обладают. Кроме этого будем делать отсылки и "мостики" к реальным примерам.
Таким образом будет выглядеть в упрощённом, схематичном виде любая современная IP-камера для видеонаблюдения. Принципиально эта схема работает следующим образом:
- на объектив камеры попадает изображение, которое усиливается благодаря светочувствительной линзе (а точнее пакету из линз, которые собраны в "объектив");
- сигнал передается на матрицу проходя через светофильтр и диафрагму (вспоминаем характеристики, которые уже изучили);
- световой поток преобразуется в электрический сигнал в ISP-процессоре (это небольшой процессор, встроенный в камеру, а в смартфонах он может быть встроен в центральный SoC). На этом этапе аналоговая информация (световой поток) переводится в цифровые данные и передается в процессор сжатия видео;
- благодаря компрессионному блоку обеспечивается форматирование изображения или видео и оно готовится к передаче по сети;
- сжатый, отформатированный видеосигнал выводится в сеть при помощи центрального SoC-процессора;
- с помощью ОЗУ и SD-памяти можно хранить резервные копии, допускается буферизация и временное хранение полученных данных;
- на завершающей стадии через сетевой интерфейс производится пакетная передача данных в локальную сеть (для IP-камер) либо потоковая передача данных (для HD-SDI или EX-SDI камер), либо видеосигнал из цифрового преобразуется обратно в аналоговый (для старых аналоговых CVBS камер или новых HD-CVI, HD-TVI и AHD камер).
Исходя из этой логики нам необходимо сначала разобраться в объективах. Потому что именно они "стоят на передовой" и именно от их качества и характеристик зависит в каком виде изображение попадёт на светочувствительную матрицу. Так что же такое объектив? Какими они бывают? И как влияют на качество изображения?
Объектив
Что пишет Википедия? Объектив — оптическая система, являющаяся частью оптического прибора, обращённая к объекту наблюдения или съёмки и формирующая его действительное или мнимое изображение. В оптике рассматривается как равнозначное собирающей линзе, хотя может иметь иной вид, например, см. «Камера-обскура». Обычно объектив состоит из набора линз (в некоторых объективах — из зеркал), рассчитанных для взаимной компенсации аберраций и собранных в единую систему внутри оправы.
А что из этого нужно понимать нам - специалистам систем видеонаблюдения? Во-первых, давайте перестанем рассматривать объектив, как самостоятельный прибор, который идёт отдельно от камеры видеонаблюдения. Мы не фотографы, нам важно не искусство. Камеры форм-фактора box всё реже и реже мелькают в продаже, потому что даже при создании сложных, нишевых решений с необычными объективами производители стараются взять работу по "подбору оборудования" на себя и во многом я с ними соглашусь, вспоминая, как много ошибок и нелепостей возникало из-за того, что неопытный менеджер по продажам продавал камеру, рассчитанную под объектив с креплением типа CS, а вот объектив к ней продал с креплением С. И всё бы ничего, но монтажник тоже часто не имел достаточного опыта и привык проверять качество резьбового соединения "на звук" - заскрипело, значит, хорошо закручено, в данном примере хрустнуло. Потому как одно крепление на 5мм длиннее и даже при небольших усилиях оно дробило матрицу.
Так что же в итоге нужно знать про объектив? Думаю, вот что:
- состоит из нескольких линз;
- собирает и фокусирует световой поток;
- от его характеристик зависит качество получаемого изображения;
- чаще бывают встроенные, но иногда попадаются и отдельно;
- по типу управления фокусным расстоянием бывают фиксированными, вариофокальными и моторизованными (fix, vario, motorised);
- отличаются по фокусному расстоянию (2,8мм, 7-35мм и тд) и углам обзора, а также максимальным относительным отверстием диафрагмы (F-число);
- могут отличаться по типу управления диафрагмой (video, dc, p-iris);
- бывают специальные особенности (машинное зрение, рыбий глаз).
Как уже говорилось ранее, для встроенного объектива многие из этих характеристик мы можем лишь узнать из ТТХ, но не заменить или выбрать. А в общем и целом советы по выбору объектива можно дать следующие:
- лучше иметь недорогую камеру и качественную оптику, чем наоборот;
- вариообъективы - удобнее, но за удобство надо платить;
- фикс-объективы качественнее, особенно на концах диапазонов фокусных расстояний у варио-собратьев;
- материал объектива важен и если у вас ответственный объект, то необходимо обратить внимание и на этот показатель;
- автофокус у всех разной скорости, поэтому только тестирование поможет и покажет что вам подходит;
- камеры 3-в-1 удобнее и дешевле, поэтому возможности выбора сокращается.
Погрешности в производстве объективов бывают, хоть и не часто. Проблемы с объективами можно разделить на две группы: связанные с природой света (различные хроматические или дифракционные аберрации) и связанные с материалом или технологией изготовления объектива (различного рода дисторсии).
Аберрация оптической системы — ошибка или погрешность изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической системе. Хроматические, дифракционные. Связаны с природой света и материалом объектива. Дисторсия - аберрация оптических систем, при которой коэффициент линейного увеличения изменяется по мере удаления отображаемых предметов от оптической оси. При этом нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением. Это уже проблема производства и сборки.
Какие-то "отклонения" можно исправить заменой некачественного объектива, какие-то изменением освещенности сцены.
На практике большую часть из того, что написано в этой статье нужно просто "помнить, где почитать", потому как производители стараются с каждым годом предоставлять всё меньше и меньше возможности по настройкам и выбору для пользователя. Это как в 1970-ых годах шведский автопроизводитель Volvo исключил из своих расчетов различных узлов автомобиля такой параметр как "мастерство водителя". То есть что касается объектива, то в первую очередь нужно будет обращать внимание на его фокусное расстояние, потому что от этого будет зависеть угол обзора, так как именно он определяет зону наблюдения.
Но тут во внимание придётся принимать и следующие узлы видеокамеры, которые также могут повлиять вместе с объективом на характеристики получаемой сцены. Видеокамера, у которой сенсор большего размера, даже при одинаковом фокусном расстоянии будет иметь большой угол обзора. Изображение с высокой детализацией можно получить с помощью узкого угла обзора, а не только при увеличении разрешающей способности системы. Если угол обзора видеокамеры будет шире, то детализация объектов в кадре будет хуже.
Стоит понимать, что чем шире видит камера, тем меньше плотность пикселей и, соответственно, хуже детализация каждого участка получаемого изображения.
Расчёт углов обзора видеокамер для всех 3-х случаев можно сделать таким образом:
a = 2arctg (d/2f),
a – угол обзора видеокамеры, в метрических градусах;
d – ширина матрицы в миллиметрах (возьмём одинаковую матрицу, скажем на 1/2,9" с шириной 5,376мм);
f – эффективное фокусное расстояние объектива в миллиметрах;
а (3,6мм)=2*arctg*5,376мм/2*3,6 мм = 73,4 градуса;
a (2,8мм)=2*arctg*5,376мм/2*2.8 мм = 87 градусов;
а (1,9мм)=2*arctg*5.376мм/2*1,9 мм = 109 градусов.
Продолжение следует...