Объектив - это оптическое устройство состоящее из набора линз, которые проецируют изображение на плоскость матрицы.

Световые лучи от источника распространяются во все стороны равномерно и прямолинейно. При переходе из одной среды в другую (например, на границе стекло- воздух) они преломляются, то есть изменяют направление распространения. Для изменения направления применяют линзы.

Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи. Поверхности линз могут быть выпуклыми, вогнутыми и плоскими. Выпуклые и вогнутые поверхности имеют сферическую форму.

Сферическая линза - это прозрачный однородный элемент, ограниченный двумя сферическими или одной сферической и другой плоской поверхностями.

В современных фотообъективах получили большое распространение, также, асферические линзы, форма поверхности которых отличается от сферы. В этом случае могут быть параболические, цилиндрические, торические, конические и другие криволинейные поверхности, а также поверхности вращения с осью симметрии.

Материалом для изготовления линз могут служить различные сорта оптического стекла, а также прозрачные пластмассы.

Все многообразие сферических линз можно свести к двум основным видам: собирающие (или положительные, выпуклые) и рассеивающие (или отрицательные, вогнутые). Собирающие линзы в центре толще, чем по краям, напротив рассеивающие в центре тоньше, чем по краям.

В собирающих линзах проходящие через нее параллельные лучи фокусируются в одной точке за линзой. В рассеивающих линзах, проходящие через линзу лучи рассеиваются в стороны. Только положительные линзы могут давать изображения предметов. В оптических системах дающих действительное изображение (в частности объективы) рассеивающие линзы могут быть использованы только вместе с собирательными.

К основным характеристикам объектива относится:

• фокусное расстояние,

• относительное отверстие,

• угловое поле зрения, угловое поле изображения,

• разрешающая способность;

4.1.1.1 Фокусное расстояние объектива - это расстояние от центра объектива до плоскости, на которой в камере формируется изображение, обычно оно измеряется в миллиметрах. Чем больше это расстояние, тем уже угол расхождения лучей, например, объектив с фокусным расстоянием в 12,5 мм имеет гораздо более широкий угол расхождения лучей, чем 50-миллиметровый. А чем больше фокусное расстояние, тем сильнее увеличение изображения.

4.1.1.2 Относительное отверстие - это способность объектива создавать на фотопленке определенную освещенность изображения. Численно определяется как отношение диаметра светового отверстия объектива к его фокусному расстоянию.

Под световым отверстием объектива понимается то отверстие, через которое свет проходит внутрь фотокамеры. Это отверстие определяется диафрагмой.

Диафрагма расположена между линзами объектива и состоит из нескольких лепестков, закрепленных в оправе, имеющей наружное кольцо, посредством которого можно сдвигать и раздвигать лепестки и тем самым регулировать размер светового отверстия, т. е. изменять относительное отверстие объектива.

4.1.1.3 Угловое поле — величина, характеризующая поле зрения объектива, т. е. угол, под которым объектив «видит» фотографируемое пространство и создает его изображение в пределах кадра. Угловое поле зависит от фокусного расстояния объектива и размеров кадра: чем больше размеры кадра и меньше фокусное расстояние, тем больше угловое поле.

4.1.1.4 Разрешающая способность объектива — одна из важнейших его характеристик. От нее зависит возможность получения мельчайших деталей в изображении и, следовательно, больших увеличений при печати. Она выражается числом линий (штрихов), различимых на 1 мм в изображении специальных штриховых объектов — мир. Миры изготовляют на прозрачной основе в виде квадратов или кругов, заштрихованных определенным образом. Разрешающая способность может быть определена по числу штрихов в изображении, которое создает объектив, и по изображению на фотоматериале после его проявления.

4.1.1.5 Апертура

Апертура- это площадь объектива, через которую проходит свет. Обычно величина этой поверхности задается при помощи диафрагмы.

4.1.1.6 Коэффициент Р

Коэффициент Р - это отношение между апертурой и фокусным расстоянием, выражаемое в целых и дробных величинах, например Г 1,4; Г 2,8 и т.д. Чем меньше этот показатель, тем большее количество света достигает сенсорного устройства в камере и тем более "быстрой" считается камера.

4.1.1.7 Трансфокаторы

Трансфокаторы - это объективы с изменяемым фокусным расстоянием, позволяющие управлять увеличить изображение в 6, 10 или в 14 раз, что позволяет получить качественно изображение удаленных объектов или мелких деталей. Особенно удобно применение трансфокатора совместно с поворотным устройством, так как это позволяет не только следить за передвижением объекта наблюдения, но и рассмотреть интересующие детали (лицо, номер машины и т.п.) Управление такими объективами производится при помощи дистанционного устройства.

4.1.1.8 Формат

Обычно применяются следующие форматы: 1/3-дюймовые (1 дюйм = 2,54 см), 1/2-дюймовые, 2/3-дюймовые и однодюймовые; эти показатели относятся к размеру чувствительного элемента светового потока, установленного в камере, на который поступает сфокусированный свет, отраженный от объекта съемки. Форматы объектива и самой камеры должны соответствовать друг другу. Чем формат больше, тем выше эффективность работы камеры при прочих равных условиях.

4.1.2 ПЗС- матрица камеры

ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

Является наиболее важным элементом любой современной камеры, который формирует изображение. Она представляет собой прямоугольную полупроводниковую пластину с множеством самостоятельных светочувствительных ячеек на поверхности — пикселей.

ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.

До экспонирования обычно подачей определённой комбинации напряжений на электроды происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.

Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.

После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.

Изображение фокусируется объективом камеры на ПЗС - матрицу и попадающий на полупроводник свет возбуждает в нем электроны. Возбужденные электроны из каждого пикселя последовательно перемещаются в считывающее устройство и формируют видеосигнал, который в дальнейшем усиливается и обрабатывается электронной системой камеры наблюдения.