Телевизионные объективы имеют много разновидностей, от маленьких и недорогих, до больших, дорогих, моторизированных, увеличивающих объективов с автоматической ИД. Каждая камера используется для просмотра определённой сцены и должна нести определённую информацию от сцены, в частности, при использовании камеры в приложениях безопасности. Простое наблюдение небольшого коридора или комнаты, для определения присутствия человека, требует простой объектив. Но для того чтобы определить действия человека на расстоянии 50... 70 м требуется высококачественный длиннофокусный объектив и камера с высоким разрешением.
Постоянное фокусное расстояние. Большинство объективов, используемых в ТВ приложениях, – это объективы с постоянным фокусным расстоянием (ПФР). Большая часть из них выпускается с ручной ИД. Объективы с очень коротким фокусным расстоянием (менее 6 мм) часто не имеют кольца фокусировки или ручной ИД. Объективы с ПФР составляют большую часть действующих. Их положительные качества – низкая цена, простота управления и долгий срок службы.
Объективы с фокусным расстоянием более 150 мм – большие и дорогостоящие. При увеличенном фокусном расстоянии диаметр объектива увеличивается и поэтому в значительной степени растёт цена.
Широкоугольный просмотр. Человеческий глаз имеет периферическое зрение и может обнаруживать присутствие и движение объектов в широком угле (160°). Но сфокусированную сцену глаз видит только в центре — 10° угла поля зрения. Никакая телевизионная камера не имеет этой уникальной характеристики глаза. Но угол обзора телевизионной системы может быть увеличен (или уменьшен) заменой объектива с коротким (или длинным) фокусным расстоянием. Глаз не может изменить свой угол поля зрения.
Для увеличения УПЗ ТВ камер используют короткофокусные объективы. Выбор объектива с различными фокусными расстояниями позволяет найти оптимальное решение: уменьшая фокусное расстояние, возрастает угол обзора, но уменьшается увеличение, этим самым, делая объекты на сцене меньше и менее различимыми (т.е. уменьшая разрешение); увеличение фокусного расстояния имеет противоположный эффект.
Объектив с фокусным расстоянием 4,8 мм – пример широкоугольного объектива; он имеет УПЗ 96° по горизонтали на 72° по вертикали на 2/3-дюймовом сенсоре. Сверхширокоугольные УПЗ для 1/2-дюймового сенсора имеют фокусное расстояние 2,6 мм, с УПЗ по горизонтали примерно 117° и 88° по вертикали. Использование широкоугольных объективов уменьшает разрешение или возможность различения объектов на сцене.
Просмотр через телеобъектив (телефото). Когда фокусное расстояние линз возрастает выше стандарта 16 мм на 2/3-дюймовой камере, 12 мм на 1/2-дюймовой камере или 8 мм на 1/3-дюймовой камере, УПЗ уменьшается и растёт увеличение. Такие объективы называют телеобъективами или узкоугольными.
Ряд приложений требует просмотра сцен, удалённых от камеры на сотни метров. Чтобы обнаружить и/или идентифицировать объекты, лица или действия на этих расстояниях, требуются длиннофокусные объективы. Длиннофокусные объективы с фокусным расстоянием между 150 и 1200 мм обычно используются вне помещения для просмотра парковок или удалённых объектов. Эти большие объективы требуют очень прочной установки, чтобы получить хорошее качество изображения. Объективы должны быть большие (100... 300 мм в диаметре), чтобы собирать достаточное количество света от удалённой сцены и обеспечивать пригодные f -числа (1,4...8) для ТВ камеры.
Изменение масштаба, переменное фокусное расстояние. Компоненты линз в объективе с переменным фокусным расстоянием перемещаются, чтобы изменить их относительные физические позиции, этим самым, изменяя фокусное расстояние и угол обзора в определённом диапазоне изменений.
Изменение масштаба – регулировка линз, которая позволяет видеть детали объекта (центр сцены) крупным планом или широко (общий вид). Объектив с переменным фокусным расстоянием (ПерФР) позволяет плавно, непрерывно изменять угол обзора, следовательно, угол обзора может быть сделан уже или шире в зависимости от установок объектива. В результате может быть сделано приближение или удаление от сцены, что создаёт впечатление движения камеры, даже если камера остаётся в фиксированной позиции.
Объективом с переменным фокусным расстоянием, угол поля зрения ТВ камеры может быть изменён без замены линз. Регулируя кольцо изменения масштаба, можно просматривать сцену с узким, средним или широким углом, что позволяет начать просматривать сцену с широкоугольным видом и затем исключить часть сцены, которая не представляет интереса.
Объектив с ПерФР — искусно спроектированная совокупность групп линз, которые могут двигаться, изменяя фокусное расстояние от широкого угла до узкого угла (телеобъектив), тогда как изображение на сенсоре остаётся в фокусе. Объектив с ПерФР объединяет, по крайней мере, три группы линз.
1. Группа линз на внешней (входной) стороне объектива может регулировать фокус линз на ограниченном расстоянии с помощью внешнего кольца.
2. Между внешней стороной и задней стороной объектива – группа линз изменения масштаба, которая перемещается (с переднего плана до заднего) с помощью отдельного внешнего кольца изменения масштаба. Группа линз изменения масштаба также содержит корректирующие элементы, чтобы получить изображение наилучшего качества во всём диапазоне изменения масштаба. Другие линзы в этой группе перемещаются на незначительные расстояния, автоматически регулируя и сохраняя изображение на сенсоре в чётком фокусе, этим самым минимизируя регулирование изображения сцены с передней фокусирующей группы.
3. В конце объектива располагается задняя неподвижная трансляционная группа линз, которая определяет конечный размер изображения, фокусируемого на сенсоре камеры.
Каждая группа обычно состоит из нескольких линз. Когда группа линз изменения масштаба спозиционирована правильно, она видит изображение, производимое входной группой линз, и создаёт новое изображение из него. Задняя трансляционная группа линз принимает изображение от группы линз изменения масштаба и передаёт его на сенсор камеры. В хорошо спроектированном объективе сцена с широким углом (короткое фокусное расстояние) плавно преобразуется в сцену с узким углом (телефото) при высококачественной фокусировке во всех промежуточных положениях.
Игольчатые объективы (Pin-hole)– специального применения в безопасности со сравнительно небольшим передним диаметром, чтобы объектив может скрываться в стене, потолке или другом объекте. Скрытая камера и игольчатый объектив устанавливают в устройстве аварийного освещения, выходных табличках, на потолке в осветительных приборах, противопожарных датчиках, настольных лампах т.п. Любой предмет, способный разместить камеру и игольчатый объектив, а также замаскировать или спрятать элементы торцевой линзы, – кандидат для скрытой установки. На практике игольчатые объективы имеют торцевой диаметр 1... 5 мм и могут быть успешно спрятаны.
