Журнал ТЗ № 2 2014 | Фокусировка и диафрагма
  бюро находок  
  Где искать        
наши издания
наши анонсы






2014
№ 2
статьи



Журнал ТЗ № 2 2014



Раздел: Стоп-кадр
Тема:
Автор: Алексей Омельянчук, эксперт

Фокусировка и диафрагма

Ошибка на 30% простительна экспериментатору. Ошибка на 3 порядка свидетельствует о непонимании законов физики.
(© мой учитель физики)


Чтобы прикинуть влияние некоторых факторов на результат, не нужны могучие компьютеры и даже логарифмические линейки. Многие эффекты достаточно оценить с точностью до порядка. Вот пример.
В наше время, когда фотоаппарат (а, скорее всего, несколько) есть у каждого, казалось бы, уж кто-кто, а профессиональные проектировщики систем видеонаблюдения хорошо понимают, что такое диафрагма и как она связана с глубиной резкости. Ночью разбуди – скажут: чем меньше диафрагма, тем изображение четче. Однако есть некоторые неочевидные моменты, не проявляющиеся в фотографии и потому мало известные тем, кто не привык в уме складывать два и два.
Самая большая проблема – диапазон экспозиции. Рекламщики любят напирать на сверхчувствительность в темноте. Ерунда, это почти не важно. В полной темноте все равно никакая камера не видит, а чуть раздвинуть в темноту – не столь уж важно, проще поставить пару прожекторов (да, конечно, чем чувствительнее камера, тем слабее нужен прожектор, но мы что, пару киловатт-часов экономить собираемся?). А вот днем на ярком солнце, если камера «заплывает», – это уже позор, причем никакие прожектора не помогут (хотя и не помешают – переплюнуть летнее солнце никакой прожектор не сможет).
У фотоаппаратов помимо диафрагмы и выдержки есть дополнительно настройка «чувствительность». Кроме того, диапазон выдержки у фотоаппаратов, как правило, значительно шире. Наконец, в зеркальных фотоаппаратах есть затвор, позволяющий реализовать очень короткие выдержки без нежелательных побочных эффектов (видеокамеры имеют только электронный затвор, который не 100% отключает накопление сигнала, кроме того, вообще довольно нелинейный – в зависимости от яркости элемента изображения может несколько меняться время накопления сигнала в этой ячейке).
К чему я это все веду? Основной способ отработать диапазон от 0,1 люкса ночью до 1 000 000 люксов днем – это диафрагма. Семь порядков в освещенности. Из них, по крайней мере, шесть порядков должна отработать диафрагма. Это значит – считаем в уме корень второй степени – три порядка изменения диафрагмы. Минимальная диафрагма летом в полдень должна быть f/1000. Вы много видели таких объективов?
Хорошо, пусть объектив до f/400, а остальное – авось отработает авторегулировка выдержки. Что из этого следует? При типичном фокусном расстоянии в несколько миллиметров это означает диаметр отверстия диафрагмы около 10 микрон. Это всего 10 длин волн света. Кто первый догадался? Правильно, дифракция на отверстии в 10 длин волн свет рассеивается на 1/10 радиана. Угол зрения камеры примерно 1 радиан, рассеяние 1/10 – т. е. разрешение ограничивается 10 (прописью – ДЕСЯТЬ) точками вдоль строки.
Вот оно – о чем не говорят фотографы. Их объективы с фокусным расстоянием 100 мм и минимальным отверстием f/32 имеют отверстие 3 мм. Это 1000 длин волн, соответственно, в худшем случае 1000 точек по строке, 1000 строк – итого эффективный мегапиксель в самом худшем случае. Это почти незаметно, тем более что есть технические приемы, позволяющие в несколько раз улучшить ситуацию.
Точнее, фотографы об этом не говорят, потому что производители фотообъективов, чтобы не испортить результат работы великолепных 10-мегапиксельных фотоаппаратов, ограничили диапазон регулировки диафрагмы. А производители объективов для камер видеонаблюдения рассчитывают, что пользователи систем видеонаблюдения не избалованы высоким качеством и спишут на грязное стекло кожуха нечеткую картинку ярким днем.
На самом деле все не так уж страшно, у помянутого объектива 4 мм f/400 минимальное отверстие не 10 микрон, а примерно раз в 10 больше. В более-менее приличных объективах в центре линзы есть темное пятно, где-то на порядок ослабляющее свет, поэтому, чтобы на 5 порядков уменьшить количество проходящего через объектив света, достаточно на 4 порядка уменьшить площадь отверстия в диафрагме (т. е. на 2 порядка уменьшить диаметр). А еще один порядок получим за счет того, что маленькое темное пятно, несущественное при большой диафрагме, при маленькой диафрагме перегородит все отверстие и ослабит свет на этот дополнительный порядок. Что это нам дает? Диаметр отверстия в 3 раза больше, чем мы рассчитали ранее. Значит, рассеяние составит не 1/10 радиана, а «всего лишь» 1/30. И на всем кадре мы сможем рассмотреть не 100 точек (10 х 10) а целую 1000 (30 х 30). Правда, здорово? 1000 точек на мегапиксельной камере.
«Все пропало!» – воскликнет обескураженный читатель. Клиент будет недоволен и не заплатит много денег.
Увы, такой читатель будет прав. Есть только один способ вытащить мегапиксели. Применить камеру с матрицей хотя бы размером 17 мм, как на любительских зеркалках (а не ¼ дюйма, как принято в последнее время для видеонаблюдения). Использовать объектив с фокусным расстоянием хотя бы 50 мм (да, угол зрения будет не 180 градусов, а всего лишь ⅓ радиана, т. е. 20 градусов). И купить этот объектив не за 100 руб., а -помните, сколько стоят L-объективы CANON? – в общем, купить у солидного производителя, он еще двоечку-троечку вытащит на особой форме серого пятна, которое будет не на одной линзе, а на нескольких (а то на этом пятне тоже будет дифракция), плюс лепестки диафрагмы будут не прямые а очень-очень хитрой формы. Мегапикселя все равно не будет, но, по крайней мере, получится не 30 точек по строке, так что глазом на экране клиент, может, ничего и не заметит. Наконец, можно поставить две видеокамеры – одну с серым фильтром с ослаблением света эдак раз во 100, она будет работать днем, а вторую – с особо светлым асферическим объективом, она будет работать ночью.
А что вы хотели – видеокамера совершенствовалась не 100 миллионов лет, в ней колбочки и палочки не всплывают из глубины сетчатки, чтобы обеспечить адаптацию к перепадам освещенности в 10 порядков.




Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru

Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них.
Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!
Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка:

назад
|

Axis представляет сетевой радар для точного обнаружения вторжений в контролируемых зонах
Компания Axis дополняет свой обширный портфель продукции сетевыми радарами. Радарные датчики вторжения не реагируют на многие распространенные сигналы, которые приводят к ложным срабатываниям, и легко устанавливаются и интегрируются в существующие системы.



Новинка от компании IDIS: 5Мп IP-видеокамера DC-T3533HRX
Тенденции развития индустрии IP-видеонаблюдения демонстрируют погоню производителей за увеличением разрешающей способности видеокамер. При этом часто оказывается так, что озвучиваемые цифры в 4, 9, 12 и даже 20 мегапикселей оказываются несопоставимыми с физическими размерами сенсоров, используемых в этих камерах. Поэтому подобные разрешения реализуются лишь на уровне соответствующих цифр в настройках камеры и не приводят к какому-либо улучшению изображения.



IBM меняет представление о передаче и хранении видео. Впервые на All-over-IP 2017!
Сравните ваш взгляд на интеллектуальное видеонаблюдение с мнением руководителей корпорации IBM на 10-м форуме All-over-IP 2017.



Реклама
Подписка на новости
Имя
E-mail
Анти-спам код
Copyright © 2008 —2017 «Технологии защиты».