Monitoring przemysłowy, kamery przemysłowe - hurtowania CCTV

Pomoc techniczna

Obiektywy do kamer

Obiektyw to podstawowy element wyposażenia każdej kamery przemysłowej. Kamera bez obiektywu jest całkowicie bezużyteczna, ponieważ jest to układ optyczny, który sprawia, że kamera „widzi”. Inaczej mówiąc, obiektyw kamery to układ optyczny służący do obrazu pożądanej sceny na powierzchnię światłoczułą przetwornika obrazu.

Podstawowe parametry techniczne obiektywów do kamer

• Ogniskowa – jest to parametr, którego wartość określa odległość w jakiej centrum optycznego obiektywu powstaje obraz obiektu położonego w nieskończoności. Wartość ta jest wyrażana w milimetrach. Dla określonego rozmiaru przetwornika i znanej wartości ogniskowej można wyliczyć kąt widzenia kamery. Im dłuższa ogniskowa obiektywu tym kąt widzenia kamery jest mniejszy (np. obserwacja korytarzy). Mała wartość ogniskowej obiektywu sprawia, że kamera posiada duży kąt widzenia (np. obserwacja dużych pomieszczeń).
• Przysłona - część obiektywu w postaci regulowanego otworu na drodze strumienia światła. Jej zadaniem jest zmienianie ilości światła przechodzącego przez obiektyw i padającego na powierzchnię światłoczułą przetwornika obrazu kamery.

• Liczba aperturowa F (jasność obiektywu) – wartość określająca zdolność przepuszczania światła przez obiektyw, wyrażana w skali F. Wraz ze wzrostem liczby F maleje ilość światła przechodzącego przez obiektyw. Mała wartość F sprawia, że na powierzchnię przetwornika pada więcej światła (obiektyw jest jaśniejszy). Zazwyczaj w specyfikacji obiektywu podawane są dwie wartości liczby F: pierwsza maksymalne otwarcie przysłony, druga minimalne. Poniżej tabela przedstawiająca zależność liczby F od ilości przepuszczanego światła.
  
  
  Tabela 1. Ilość przepuszczanego światła w zależności od wartości liczby F
• Głębia ostrości – parametr służący do określania zakresu odległości, w którym obiekty obserwowane przez kamerę sprawiają wrażenie ostrych. Wartość tego parametru zwiększa się z przymykaniem przysłony oraz ze skracaniem ogniskowej. Z reguły dąży się by głębia ostrości sięgała nieskończoności, czyli by obserwowane obiekty leżące dalej niż pewna minimalna odległość były widziane ostro. Duża głębia ostrości zapewnia ostrość większości elementów na obrazie, natomiast mała głębia ostrości jest pożądana w sytuacjach gdy chcemy wyodrębnić obserwowany obiekt od tła otoczenia.
  
  
• Liczba transmisyjna T – wskaźnik określający rzeczywistą zdolność obiektywu do przepuszczania światła. Skala T umożliwia bezwzględną ocenę jasności obiektywu. W określaniu jakości obiektywu uwzględnia np. materiał z jakich wykonano jego soczewki czy rodzaj przepuszczanego światła.
• Inne parametry: max. rozdzielczość, korekcja kolorów, ostrość i kontrastowość otrzymywanych obrazów, itd.

Podział obiektywów do kamer

Obiektywy do kamer dzielimy ze względu na trzy kryteria: kąt widzenia, rodzaj przysłony, rodzaj ogniskowej.

Podział ze względu na kąt widzenia:

• Wąskokątne, gdy ogniskowa obiektywu jest większa od przekątnej przetwornika obrazu,
• Standardowe, gdy ogniskowa jest podobna do przekątnej przetwornika,
• Szerokokątne, gdy wartość ogniskowej jest znacznie mniejsza od przekątnej przetwornika obrazu.

Podział ze względu na rodzaj przysłony:

• Bez przysłony no-IRIS, dedykowane do zastosowania w prostych kamerach,
• Z przysłoną ręczną,
• Z automatyczną przysłoną Auto-IRIS, dedykowane do zastosowania w kamerach dzień/noc.

Podział ze względu na rodzaj ogniskowej:

• Stała ogniskowa, najczęściej tego typu obiektywy posiadają ogniskową o długości: 3,6mm, 4,0mm, 6,0mm, 12,0mm, itd.
• Zmienna ogniskowa (Varifocal, Zoom), stosowane w miejscach gdzie liczby się swoboda w wyborze długości ogniskowej. Najczęściej spotykane obiektywy 3,5-8mm.
• Ogniskowa regulowana zdalnie, tak zwane obiektywy typu moto-zoom. Przeznaczone do najbardziej wymagających zastosowań.

Obiektywy specjalne

Oprócz wyżej wymienionych grup obiektywów można wyróżnić jeszcze jedną, a są to obiektywy specjalne. Obiektywy do zastosowań specjalnych oprócz standardowych właściwości posiadają jeszcze dodatkowe, dzięki którym umożliwiają pracę w ściśle określonych warunkach, w których zwykłe obiektywy są bez użyteczne. W tej grupie obiektywów wyróżniamy m.in.:

• Obiektywy otworkowe (szczelinowe) – są to układy optyczne o bardzo małej średnicy soczewki zewnętrznej. Obiektywy tego typu najczęściej wykorzystuje się w kamerach miniaturowych, które służą do prowadzenia obserwacji z ukrycia. Kamery z obiektywami otworkowymi są często maskowane w dodatkowych urządzeniach np. czujka ruchu.
  
  
  Fot. Mini kamera z obiektywem otworkowym
• Obiektywy do kamer megapikselowych – grupa układów optycznych przystosowanych do współpracy z kamerami generującymi obrazy w bardzo wysokiej rozdzielczości – megapixelowe. Cechują się głównie wyższą jakością wykonania, mniejszymi zniekształceniami geometrycznymi oraz znacznie mniejszą deformacją fali świetlnej przechodzącej przez soczewki obiektywu.
• Obiektywy asferyczne – układy optyczne o bardzo małej wartości liczby F. Większa skuteczna średnica wejścia zapewnia zwiększoną aperturę oraz większą transmitancje światła. Ich odmienny profil kompensuje aberację na krawędziach obiektywu, dzięki czemu światło, które jest tracone przez standardowe obiektywy może być przekazane do przetwornika obrazu. Obiektywy asferyczne stosuje się w kamerach kolorowych w celu zwiększenia światłoczułości. W przypadku współpracy z kamerami monochromatycznymi zapewniają większą czułość niż zwykłe obiektywy. Najczęściej stosowane soczewki są całkowicie szklane lub hybrydowe.
• Obiektywy z korekcją podczerwieni – grupa obiektywów, których soczewki są wykonywane ze specjalnego szkła, w celu zminimalizowania dyspersji światła. Doskonale nadają się do pracy przy oświetleniu IR, ponieważ nie wymagają korygowania ostrości przy pracy w świetle o zakresie podczerwieni.
• Obiektywy telecentryczne – bardzo dokładne układy optyczne, które ze względu na swoje parametry techniczne są stosowane w zaawansowanych automatycznych systemach wizyjnych i elektronicznych. Ich wysoka dokładność pozwala na prowadzenie efektywnej komputerowej analizy obrazu.
• Obiektywy IR – tzw. obiektywy z wbudowanym „reflektorem podczerwieni”. Grupa obiektywów przeznaczonych do pracy w systemach całodobowych i w nocy. Cenowo są tańsze od reflektorów podczerwieni, jednak należy pamiętać, że ich skuteczny zasięg jest nieco krótszy.

Mocowania obiektywów do kamer

Obecnie spotyka się kamery z dwoma typami mocowań do obiektywów: C i CS. Różnicą między mocowaniem C i CS jest odległość obiektywu od powierzchni przetwornika obrazu. Dla mocowania CS odległość wynosi 12,5mm, natomiast dla obiektywów C jest to 17,526mm. Mocowanie typu CS jest znacznie częściej spotykane, co wynika przede wszystkim z większej uniwersalności tego mocowania. Poprzez zastosowanie dodatkowego pierścienia mocowanie obiektywu typu CS możemy bez większego problemu zmienić na mocowanie C, w druga stronę taka relacja nie zachodzi.

Dobór obiektywu do rozmiaru przetwornika

Rozmiary przetworników obrazu podaje się w calach, co jest związane bezpośrednio z wielkością obrazu który mogą wygenerować. Każdy obiektyw w swojej specyfikacji technicznej powinien posiadać największy format przetwornika obrazu, z którym może poprawnie współpracować.

W jaki sposób odpowiednio dopasować obiektyw do wielkości przetwornika? Przede wszystkim obiektyw musi być dopasowany do wielkości przetwornika. Do określonego rozmiaru przetwornika możemy stosować obiektyw o tym samym rozmiarze lub większy (nigdy obiektyw mniejszy). Stosowanie większego obiektywu w niektórych przypadkach jest korzystne, ponieważ pozwala na zmniejszenie zniekształceń obrazu. Obecnie najczęściej na rynku spotykane są obiektywy przystosowane do współpracy z przetwornikami o rozmiarach: 1”, 2/3”, 1/2" i 1/4".

Dobór ogniskowej obiektywu

Jak już wcześniej wspomniałem, dla określonego rozmiaru przetwornika i znanej wartości ogniskowej możemy wyliczyć kąt widzenia kamery. Należy pamiętać, że długość ogniskowej obiektywu jest zawsze odwrotnie proporcjonalna do uzyskiwanego kąta widzenia (duża wartość ogniskowej wąski - kąt widzenia, mała wartość ogniskowej - szeroki kąt widzenia).

Znając dokładny rozmiar przetwornika obrazu, odległość od obserwowanego obiektu oraz jego rozmiary możemy dokładnie wyliczyć, jaka będzie potrzebna ogniskowa obiektywu oraz jaki uzyskamy kąt widzenia kamery z takim obiektywem.

Doboru obiektywu do kamery i środowiska jej pracy dokonuje się najczęściej przy pomocy specjalnych narzędzi (lunetki, kalkulatorów) lub wylicza z wzorów.

Techniki doboru obiektywu:

• Lunetka (View Finder) – doboru dokonuje się poprzez regulację pierścieni lunetki. Urządzenie ustawia się w miejscu gdzie ma być zamontowana kamera. Regulacja pierścieniami jest prowadzona do momentu, aż uzyskamy pożądany przez nas kąt widzenia. W momencie uzyskania odpowiedniego zakresu szczytujemy wartość szukanej ogniskowej.
  
  
  Fot. Przykładowa lunetka do doboru obiektywu
• Kalkulator – to narzędzie w postaci dwóch współosiowych kół z naniesionymi liczbami. Ustawiając na nich określoną odległość i wielkość obiektu oraz wybierając odpowiedni rozmiar przetwornika możemy z nich odczytać wartość szukanej ogniskowej. Kalkulator w prosty sposób można wykonać samemu.
• Wzory – ogniskową można również ustalić bez pośrednictwa dedykowanych narzędzi. Do określenia szukanej wartości ogniskowej służą specjalne wzory, które przedstawiono w poniższej tabeli.
  
  Tabela 2. Wzory

Przykładowe obliczenia na podstawie zaprezentowanych wzorów:

Obliczenia wykonane dla przetwornika o rozmiarze 1/4 cala (wymiary 2,7x3,6mm – przekątna 4mm) i obiektywu z ogniskową o wartości 3,6mm:

• kąt widzenia pionowy: fih = 2arc tg (2,7/7,2) = 2*arc tg (0,375) = 41 stopni,
• kąt widzenia poziomy: fiv = 2*arc tg (3,6/7,2) = 2*arc tg (0,5) = 52 stopnie,
• wysokość pola widzenia kamery w odległości 10m: k = 2,7*10 000/3,6 = 500mm = 7,5m,
• szerokość pola widzenia kamery w odległości 10m: m= 3,6*10 000/3,6 =10000mm= 10m.

W poniższych tabelach przedstawiono przykładowe obliczenia (wysokość i szerokość pola widzenia) dla przetworników o rozmiarach 1/3” i 1/4".

Tabela 3. Szerokość obiektu widzianego na monitorze przez kamerę z przetwornikiem obrazu o rozmiarze 1/3"

Rodzaje przysłony

Obecnie w obiektywach do kamer przemysłowych można spotkać się z trzema typami przysłony: przysłona regulowana ręcznie, elektroniczna przysłona EI (Electronic Iris) oraz automatyczna przysłona AI (Auto Iris). Krótka charakterystyka typów przysłona:

• Przysłona sterowana ręcznie – stosuje się w miejscach o stałym poziomie oświetlenia (wewnątrz obiektów). Przysłona jest regulowana przy pomocy specjalnego pierścienia lub dźwigni.
  
  
  Tabela 6. Wysokość obiektu widzianego na monitorze przez kamerę z przetwornikiem obrazu o rozmiarze 1/4"
• Elektroniczna przysłona EI (Electronic Iris) – stosuje się w mało zmiennych warunkach oświetleniowych i z obiektywem z ręcznie sterowaną przysłoną. Istnieje możliwość zastosowania w bardziej zmiennych warunkach oświetleniowych, jednak w takim przypadku należy otworzyć przysłoną obiektywu. Elektroniczna przysłona najlepiej sprawdza się podczas pracy w pomieszczeniach. Podstawową zaletą jest możliwość stosowania tanich i prostych obiektywów o stałej lub ręcznie regulowanej przysłonie.
• Automatyczna przysłona AI (Auto Iris) – jej zadaniem jest utrzymanie stałego poziomu oświetlenia, które pada na matrycę przetwornika, bez względu na panujące warunki oświetleniowe. Kamery wyposażone w obiektywy Auto Iris mogą poprawnie pracować w bardzo zmiennych warunkach np. w trybie całodobowym (dzień/noc). Najczęściej automatyczna przysłona AI jest stosowana w kamerach do zastosowań zewnętrznych. W zależności od natężenia światła obiektyw zamyka lub otwiera przysłonę i tym samym zapewnia stałe oświetlenie przetwornika. Regulacja obiektywu Auto Iris może odbywać się na dwa sposoby: VIDEO Iris lub DC Iris. Krótka charakterystyka obu metod sterowania w tabeli poniżej.
  
  

W jaki sposób ustawić parametry pracy automatycznej przysłony AI?

Podstawowym celem ustawiania parametrów pracy AI jest uzyskanie optymalnej jasności obrazu dla pracy zarówno w warunkach dziennych jak i nocnych. Obiektywy Auto Iris w większości przypadków są fabrycznie regulowane i regulacja ze strony użytkownika jest zbędna. Jeżeli zdarzyłoby się, że obiektyw AI jest źle wyregulowany należy potencjometry LEVEL i ALC ustawić w położeniu środkowym, a następnie za pomocą potencjometru LEVEL nastawić pożądany poziom jasności. W zależności od sposobu reakcji na oświetlenie należy dostroić potencjometr ALC. Na koniec zakładamy filtr szary i regulujemy ostrość obiektywu.

Dobór przysłony

Rodzaj przysłony dobieramy bezpośrednio do warunków w jakich pracuje kamera. Najistotniejszym wyznacznikiem jest poziom oświetlenia i jego zmiany. W warunkach stałego oświetlenia najlepiej stosować obiektywy z ręcznie regulowaną przysłoną. Nie zaleca się stosowania obiektywów AI przy stałym oświetleniu, ponieważ ich stosowanie w takich warunkach jest nieopłacalne (droższe od pozostałych obiektywów). W zaciemnionych miejscach najlepiej stosować obiektywy „bardzo jasne” o liczbie F rzędu 1.2. Taki obiektyw w połączeniu z wysokoczułą kamerą pozwoli na prowadzenie efektywnej obserwacji nawet w bardzo trudnych warunkach oświetleniowych. W miejscach gdzie istnieje ryzyko prześwietlenia obrazu (silne źródła światła) doskonałym rozwiązaniem są obiektywy o liczbie F większego rzędu. Innym rozwiązaniem jest stosowanie filtrów szarych, lecz ograniczają one czułość przy słabym oświetleniu. W kamerach przeznaczonych do pracy w trybie całodobowym (dzień/noc) zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem są obiektywy z automatyczną przysłoną Auto Iris. W zależności od ustawień obiektywu może zdarzyć się, że np. obraz w środkowej części będzie prześwietlony, a na brzegach niedoświetlony. Pośrednim rozwiązaniem takiego problemu są obiektywy wyposażone w dodatkowy filtry specjalny (tzw. plamkowy), który jest naniesiony na środkową część powierzchni soczewki.

Filtr szary

Specjalny rodzaj filtru stosowanego podczas regulacji obiektywów z automatyczną przysłoną Auto Iris oraz w obiektywach ze stałą przysłoną w sytuacjach gdy poziom oświetlenia jest zbyt duży (chroni przed prześwietleniem obrazu). W regulacji obiektywów AI stosuje się dwa typu filtrów. Filtr oznaczony numerem 3 jest przeznaczony do regulacji kamer czarno-białych, zaś filtr szary z numerem 1 do regulacji kamer kolorowych. Jeżeli nie posiadamy filtru szarego z regulacją obiektywu z automatyczną przysłoną należy poczekać do zapadnięcia zmroku, gdy poziom oświetlenia jest niski. Filtr szary montujemy jedynie w obiektywach, które zostały do tego odpowiednio przystosowane (odpowiednia średnica i gwint).

Rozwiązywanie problemów

Istnieją trzy podstawowe problemy z jakimi możemy się spotkać podczas instalacji obiektywów: brak ostrości oraz odblaski w zakresie światła widzialnego.

• Brak ostrości – jest to jeden z najczęstszych problemów z jakimi możemy się spotkać podczas instalacji i regulacji kamer oraz obiektywów. W przypadku gdy po dokonaniu regulacji ostrości, obraz nadal pozostaje mało ostry należy śrubę mocującą pierścień poluzować kluczem imbusowym, a następnie ustawić możliwie najlepszą ostrość obrazu. Należy pamiętać, aby regulacja ostrości była przeprowadzana przy najkrótszej ogniskowej, ostrości ustawionej na nieskończoność i maksymalnym otwarciu przysłony, stosując np. filtr szary.
• Odblaski w zakresie światła widzialnego – jest to kolejny problem z którym można się dosyć często spotkać. Nawet odpowiedni wybór ogniskowej oraz przysłony nie jest wstanie w każdym przypadku zagwarantować wysokiej jakości obrazu. Najczęściej przyczyną odblasków na obrazie są różnego rodzaju przedmioty o płaskiej powierzchni np.: ściany, meble, szyby, itp. Jedynym skutecznym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie filtra polaryzacyjnego, który montuje się przed obiektywem. Poprzez obracanie filtra polaryzującego wokół jego własnej osi możemy znaleźć pozycję, w której światło odbite od przedmiotów zostanie wytłumione i tym samym wyeliminujemy efekt odblasków na obrazie.

Dobór obiektywu

Wybór odpowiedniego obiektywu jest tak samo ważny jak wybór prawidłowej kamery. Zła jakość wykonania obiektywu lub zły jego dobór do środowiska pracy sprawi, że nawet najlepsza kamera będzie wytwarzać obrazy o niskim poziomie jakości.

Według normy EN 50132-7 kryteria doboru obiektywu do kamery powinny brać pod uwagę szereg następujących czynników:

• wewnętrzne odbicia światła w obiektywie lub "mora" mogą znacznie pogorszyć jakość obrazu,
• zakres widzenia (kąt) obiektywu (podawane przez producentów w specyfikacji technicznej) w praktyce może być zmniejszone wskutek zbyt dużego rastra obrazu (overscan) w urządzeniu wyświetlającym,
• oświetlenie sensora obrazu w kamerze jest określone przez liczbę aperturową oraz liczbę transmisyjną obiektywu, które to wielkości zależą od konstrukcji danego obiektywu,
• w niektórych przypadkach obiektywy o tzw. zmiennej ogniskowej są narażone na zjawisko rampingu, które polega na zwiększaniu się efektywnej liczby aperturowej obiektywu przy wzroście ogniskowej.

...wróć do pomocy

HURTOWNIA CCTV | Nowości | Promocje | Oferty specjalne | Instalacje | Regulamin | Kontakt | Sitemap
Polityka bezpieczeństwa | Polityka cookies | Sposoby płatności | Koszty dostawy
Copyright (c) 2011-2015 MIKAMA.COM.PL