Теоретичні відомості

Кут поля зору – параметр телевізійної камери, що визначає ширину, висоту або діаметр сцени, яка може бути відображена на моніторі. Визначається фокусною відстанню об'єктиву, розміром ПЗС матриці, і відстанню до об'єкту спостереження. Звичайно вимірюється в градусах по горизонталі або вертикалі. Може також визначатися як кут в просторі між двома позаосьовими променями, що проходять через об'єктив і обмежені діагоналлю формату ПЗС матриці (див. рис. 2.1).

Кут поля зору об'єктиву залежить від фокусної відстані таким чином: чим менша фокусна відстань, тим більше кут поля зору.

По куту поля зору розрізняють вузькокутні об'єктиви, у яких величина кута не перевищує 30°, середньокутні (кут в межах 30°–60°), ширококутні з кутом більш 60° і, нарешті, із змінним кутом поля зображення у об'єктивів із змінною фокусною відстанню. Варто відмітити, що із збільшенням кута поля зору камери (від 90° і вище) погіршується деталізація зображення, що одержується з камери відеоспостереження. Оптимальний кут поля зору для відеокамери складає приблизно 60°.

Кут зображення об'єктиву – кут, утворений променями, що сполучають діагональ кадру із задньою головною точкою, тобто точкою перетину задньої головної площини з головною оптичною віссю.

Рис. 2.1 Кут зображення (β) і кут поля зору (α) об'єктиву

Головні площини об'єктиву – дві умовні площини, в яких як би зосереджені всі дії оптичної системи. Вони дозволяють замінювати фактичний хід світлового променя в лінзах умовними лініями, що спрощує всі геометричні побудови. Розрізняють передню і задню головні площини. У задній головній площині об'єктиву зосереджена дія оптичної системи при проходженні світла в прямому напрямі (від об'єкту спостереження до ПЗС матриці). Положення головних площин залежить від форми лінзи і типу фотооб’єктива – вони можуть лежати усередині оптичної системи, попереду неї і позаду (див. рис. 2.2).

Рис. 2.2 Положення задньої головної площини у різних об’єктивів

(1) – у симетричного (анастигмата); (2) – у несиметричного (триплету); (3) – у телеоб’єктива; (4) – у об'єктиву з подовженим заднім відрізком.

Кут зображення не є постійною величиною: він дещо збільшується з діафрагмуванням і зменшується, коли об'єктив наближається до об'єкту, наприклад при макрофотозйомці або репродуціюванні у натуральну величину, оскільки в цьому випадку зображення розташовується не в головній фокальній площині.

Фокальна площина – площина, на якій розташовані точки, в яких збираються плоскопаралельні пучки променів, що потрапили в систему. У реальній оптиці поверхня, що володіє такими властивостями, взагалі кажучи, не є площиною.

Діафрагмування – зменшення діючого відносного отвору фотографічного об’єктива.

Цілі діафрагмування:

– зменшення спотворень (аберації) об'єктиву;

– збільшення глибини різкості;

– збільшення часу витримки.

Широко застосовується класифікація об'єктивів по куту зображення. Ця характеристика багато в чому визначає сферу застосування об'єктиву:

1) нормальний об'єктив (кут зображення 45–65°) – об'єктив, у якого фокусна відстань приблизно дорівнює діагоналі кадру (звичайно це об'єктив, що має фокусну відстань, рівну 50 мм);

2) телеоб'єктив (кут зображення від 30° і менше) – об'єктив, у якого фокусна відстань значно перевищує діагональ кадру, має невеликий кут зображення і призначений для зйомки віддалених предметів. Телеоб'єктив лінзової системи складається з двох елементів, розділених повітряним проміжком: телепозитива, що є збірною системою, і теленегатива, що є розсіюючою системою лінз. Телепозитив утворює дійсне зображення фотографованого об'єкту, а теленегатив його збільшує;

3) ширококутний об'єктив – (кут зображення від 75° і більше) – об'єктив, у якого фокусна відстань помітно менше діагоналі кадру. Призначений для зйомки в обмеженому просторі, наприклад інтер'єрів.

4) надширококутний об'єктив («риб'яче око») – об'єктив, у якого кут зображення більше за 140° або навіть 180°. Має дуже великі геометричні спотворення і використовується, в основному, для художньої зйомки (рис. 2.3).

В даний час найбільше застосування одержав сучасний тип об'єктивів із змінною фокусною відстанню, так званий трансфокатор (іноді їх також називають зумм-об'єктив, або просто зум – див. рис. 2.4).

Рис. 2.3 Зображення, одержане об'єктивом «риб'яче око»	Рис. 2.4 Зум-об'ектив Nikkor 18–70mm

Створення об'єктивів, вільних від спотворень, тривалий час було швидше мистецтвом, ніж наукою. Особливо вдалі схеми розташування лінз залишилися в історії під власними іменами:

1) монокль – простий об'єктив, що складається з однієї збираючої лінзи;

2) перископ – симетричний об'єктив, що складається з двох збірних лінз;

3) ахромат – об'єктив з мінімальною хроматичною аберацією;

4) апланат – симетричний об'єктив, що складається з двох ахроматичних (ландшафтних) лінз;

5) триплет – ранній варіант анастигмата, що складається з трьох не склеєних лінз;

6) анастигмат – об'єктив, у якого практично усунені всі аберації;

7) апохромат – анастигмат, у якого краще усунена хроматична аберація;

8) варіооб'єктив – об'єктив із змінною фокусною відстанню («зум», трансфокатор).

Класифікація за призначенням:

1) портретний об'єктив – використовується для зйомки портретів. Повинен давати м'яке зображення без геометричних спотворень. Як портретні часто використовуються телеоб'єктиви або об'єктиви з фіксованою фокусною відстанню в діапазоні 50–200 мм;

2) макрооб'єктив – об'єктив для зйомки невеликих об'єктів крупним планом;

3) телеоб'єктив – довгофокусний об'єктив, що використовується для зйомки віддалених об'єктів;

4) репродукційний об'єктив – використовується при копіюванні креслень, технічної документації тощо. Повинен мати мінімальне геометричне спотворення.

Поширені моделі об'єктивів:

Рис. 2.5 Телеоб'єктив компанії Sigma	Рис. 2.6 Об'єктиви: довгофокусний, портретний, штатний
Рис. 2.7 Професійний об'єктив «Canon 17–40 4L»	Рис. 2.8 Справа наліво: довгофокусний зум, телеоб'єктив, портретний об'єктив, об'єктив із стандартною фокусною відстанню

Для більшості об'єктивів (виключаючи надширококутні об'єктиви типа «риб'яче око»), кут зображення  можна знайти, знаючи розмір діагоналі світлочутливого елементу D і ефективну фокусну відстань об'єктиву F:

(2.1)

Ефективна фокусна відстань F в більшості випадків дорівнює головній фокусній відстані f:

, (2.2)

де d – реальна діагональ об'єкту, D – діагональ світлочутливого елементу камери відеоспостереження.