СОТ

111

обычном производстве сферических линз, но позволяет сделать изготовле-

ние асферических объективов более экономичным.

Использование асферических оптических компонентов, поверхности которых описываются более сложными функциями, позволяет скомпенси-

ровать аберрации на краях поля зрения и увеличить светосилу объективов.

Так, объективы со сферическими линзами обычно имеют апертуру F 1,2 –

F 1,4; в асферических объективах этот показатель улучшен до F 0,75 – F

0,8. Это позволяет увеличить чувствительность телекамер в среднем в 3

раза. Асферические объективы находят своѐ применение в составе высо-

кокачественных телевизионных камер, в первую очередь — цветных, раз-

мещаемых на важных объектах охраны.

Применение асферической оптики оправдано также в случаях, когда дефицит освещѐнности контролируемой зоны не может быть восполнен другим способом (например, инфракрасными осветителями).

Как отмечалось выше, производство стеклянных асферических объ-

ективов — очень трудоемкое и дорогое занятие. Тем не менее, все попытки заменить стекло более технологичным в обработке полимерным материа-

лом были малоуспешными до конца XX века. За это время сформирова-

лось мнение, что объективы с пластиковыми линзами являются менее ка-

чественными, чем традиционные объективы со стеклянной оптикой. На самом же деле настоящим недостатком оптического пластика по сравне-

нию со стеклом является лишь бóльшая потеря световой энергии при про-

хождении светового луча. Однако пластик также имеет и принципиальное достоинство: его можно сделать со сколь угодно сложным неоднородным распределением показателя преломления и коэффициента дисперсии по радиусу линзы. Используя обычные оптические стекла, исправить вторич-

ный спектр (следствие хроматической аберрации) невозможно. Примене-

ние ахроматов не позволяет использовать объектив для наблюдения ночью вследствие появления сильной хроматической аберрации в ИК-области.

Поэтому ведущие японские производители всѐ чаще предлагают использо-

112

вать комбинированные асферические объективы. В основу этих объекти-

вов заложен следующий принцип: на поверхность обычной стеклянной линзы наносится слой синтетической смолы, которому придают необхо-

димую форму (рис. 3.23), значительно снижая эффекты сферической и хроматической аберрации в широкой области спектра.

Асферический профиль формируется с помощью специального пластика

Обычная стеклянная линза

Рис. 3.23. Комбинированная линза

Ниже приведены выводы сделанные специалистами фирмы «ЭВС»

(г. Санкт-Петербург) после проведения теста нескольких асферических объективов, широко распространенных на отечественном рынке.

1.Разрешающая способность асферических объективов при частично закрытой диафрагме (работа днем) находится в диапазоне 1000–1200 ТВЛ по уровню модуляции 10 %.

2.При полностью открытой диафрагме (работа ночью) разре-

шающая способность асферических объективов уменьшается, и, в зависи-

мости от типа, лежит в диапазоне 200–700 ТВЛ по уровню модуляции 10 %.

3. В целом разрешающая способность асферических объективов меньше, чем у обычных объективов с автоматической диафрагмой, как при открытой, так и при частично закрытой диафрагме. Лучшим по разре-

шающей способности оказался объектив VT LENS G0308NDDC, а наи-

худшим AVENIR TTSG0475J.

4. Относительные отверстия испытанных объективов оказались меньше заявленных в паспортах и находились в диапазоне от 1,0 до 1,33.

Отличие обусловлено видимо тем, что фирмы изготовители закладывают в технические характеристики расчетные значения относительного отверстия.

113

5.Относительные отверстия сверхсветосильных объективов М12

OPTEC F 2,8–0,9 и OPTEC F 3,6–1,0 составили F 1,1 и F 1,2 соответствен-

но. Телевизионные камеры, оснащенные такими объективами, по чувстви-

тельности в 3–4 раза будут превосходить камеры, оснащенные обычными объективами М12. Платой за большую светосилу является значительные геометрические искажения и невозможность наблюдения объектов с осве-

щенностью более 10000 люкс при включенном режиме электронного за-

твора телекамеры.

6.При сравнительных испытаниях обычных и асферических объ-

ективов оказалось, что последние, при наблюдении в ночных условиях

(0,005 люкс), имеют выигрыш в контрастности и отношении сигнал/шум до 1,5 раз только при наблюдении объектов размерами 8х8 пикселей и бо-

лее. При наблюдении объектов меньшего размера преимущество перехо-

дит на сторону обычных объективов.

7.Все асферические объективы оказались оснащены высококаче-

ственными диафрагмами, обеспечивающими надежное наблюдение ярких

объектов с освещенностью более 100000 люкс.

8.Амплитуда и количество бликов на изображении от ярких ис-

точников в асферических объективах больше, чем у обычных. Лучшие ха-

рактеристики показал объектив SENKO TV3X0310D, худшие — объекти-

вы VT LENS G0308NDDC и ENEO G0308NDDC.

9. Конструкция асферических объективов выполнена с некоторым отступлением от стандартов крепления «C-CS-mount». В результате на не-

которых камерах, особенно бескорпусных и малогабаритных, не удается сфокусировать некоторые объективы. Например, объективы PANASONIC

WV-LA408C3, PANASONIC WV-LA908C3, VT LENS G0308NDDC и ENEO G0308NDDC невозможно не только сфокусировать, но даже устано-

вить в камеру фирмы WATEC типа WAT-902H. Объектив SENKO

TV3X0310D невозможно сфокусировать практически на любой бескорпус-

ной камере с держателем объектива типа CS-mount.

114

В заключение хотелось бы отметить, что асферические объективы были созданы для охранных телевизионных систем, чтобы в сложнейших условиях, при низких освещенностях обеспечить наблюдение объектов.

Производителям необходимо было улучшить чувствительность телевизи-

онных камер любой ценой. Измерения, полученные в ходе тестов, показа-

ли, что указанная цель достигается. Платой за повышение чувствительно-

сти стало ухудшение разрешающей способности асферических объективов при полностью открытой диафрагме. При работе ночью, в условиях, когда шум в свою очередь лимитирует разрешающую способность, этот недоста-

ток асферических объективов может быть не столь существенен.

Еще одним классом объективов, которые можно отнести к нетради-

ционной оптике, на взгляд авторов, являются объективы с вынесенным объективом — pin-hole. Объективы такого типа имеют малый входной зра-

чок и обеспечивают съемку через отверстие диаметром порядка 1 мм и ме-

нее. Как показывает практика, обнаружить такое отверстие на темном фоне при аккуратной установке можно только при длительном, кропотливом ис-

следовании поверхности. Важной характеристикой объектива pin-hole яв-

ляется вынос зрачка, то есть расстояние от места, где можно установить диафрагму с минимальным отверстием, до передней кромки объектива.

Естественно, чем больше это расстояние, тем проще монтаж камеры. Де-

шевые однолинзовые объективы с малым входным зрачком, которыми комплектуется большинство телекамер, не имеют выноса зрачка вовсе, и,

строго говоря, не могут называться pin-hole. Кроме того, в них часто ставят не стеклянные, а пластиковые линзы. Это означает меньшую стойкость к воздействию агрессивных сред, абразива, дневного света, перепадов тем-

пературы, и т.д. Технические данные на некоторые объективы приведены в таблице 3.4.

115

Таблица 3.4

Характеристики pin-hole объективов

Основным недостатком таких объективов является снижение чувст-

вительности телекамеры из-за меньшей светосилы объективов pin-hole по сравнению с обычными объективами. Некоторые ограничения накладыва-

ются и на угол зрения камер (объективов pin-hole с фокусным расстоянием менее 3 мм практически нет). Изображение, полученное с помощью деше-

вых однолинзовых объективов, имеет значительно меньшую четкость по углам, чем в центре. Главным недостатком малогабаритных телекамер яв-

ляется отсутствие в объективах автоматической диафрагмы. Однако у со-

временных моделей высокоэффективный электронный затвор (типовое время минимальной экспозиции — 1/100000 секунды) позволяет осущест-

влять наблюдение практически в том же диапазоне освещенностей, что и в случае применения недорогих объективов с автодиафрагмой, так как диа-

пазон изменения относительного отверстия у большинства из них мал.

Выходом из положения может быть тщательный выбор места установки и направления визирования камеры. Желательно, чтобы в поле зрения каме-

ры не попадали яркие предметы, например солнце, небо, фонари, прожек-

тора, различные бликующие поверхности и т. д. Определенные проблемы возникают при использовании короткофокусных объективов pin-hole с

116

цветными телекамерами. Эти объективы имеют малый задний отрезок, то есть их нужно придвигать почти вплотную к ПЗС-матрице, а в большинст-

ве цветных телекамер перед матрицей установлен корректирующий свето-

фильтр значительной толщины, который мешает фокусировке. Выйти из положения можно применив специальные объективы со встроенным фильтром или тонкие пленочные фильтры.

Относительно не давно в широкой печати стала появляться инфор-

мация о так называемых «панорамных» видеокамерах с оригинальной оп-

тической системой, позволяющей проецировать на ПЗС-матрицу круговую панораму. Программное обеспечение, поставляемое с такими видеокаме-

рами, позволяет разделить эту «картинку» на два или четыре сегмента, тем самым имитируя работу двух или четырех видеокамер, «смотрящих» из одной точки в разных направлениях. Современные компьютеры позволяют не только разделить полученную круговую панораму на несколько частей,

но и исправить искажения, появившиеся в ходе разбиения.

Пожалуй, единственной отечественной разработкой в этой области охранного телевидения является оптико-цифровая система кругового об-

зора «ПАНОРАМА» производства Ленинградского оптико-механического объединения (ЛОМО). Система «ПАНОРАМА» (рис.3.24) может быть ис-

пользована для наблюдения с высоким разрешением за неподвижными и перемещающимися объектами в помещениях и на местности без примене-

ния сканирующих узлов на базе единственного матричного фотоэлектрон-

ного приемника за счет использования уникального объектива и специаль-

ного программного обеспечения цифровой обработки изображения. По ре-

зультатам проведенного патентного поиска, предложенное решение не применяется больше ни одним производителем.

117

Рис 3.24. Прибор «ПАНОРАМА»

Как отмечалось ранее, оптико-электронная система кругового обзора предназначена для наблюдения за объектами, расположенными в ее перед-

ней полусфере. Оптическая система прибора изображена на рис.3.25.

6

5

2 4

1

3

1

Рис. 3.25. Оптическая схема прибора «ПАНОРАМА»

Лучи от объектов 1 распространяются и попадают на главное выпук-

лое зеркало 2, отражаются от него и попадают на вторичное выпуклое зер-

кало 3, размещенное на внутренней стороне прозрачного защитного кол-

пака 4. Внутри главного выпуклого зеркала 2 имеется отверстие, в котором расположен объектив 5, фокусирующий изображения окружающих пред-

метов на ПЗС-матрицу 6. При этом на матрице формируется изображение,

показанное на рис.3.26.

118

Рис 3.26. Изображение на ПЗС матрице прибора «ПАНОРАМА» Далее изображение с ПЗС-матрицы вводится в компьютер через

USB-порт и обрабатывается специальной программой, преобразующей ко-

ординаты изображения таким образом, чтобы устранить искажения и пре-

образовать полярные координаты в прямоугольные. Указанная обработка производится с частотой 15 кадров в секунду на компьютере Pentium IV с

частотой 1500 МГц, что обеспечивает наблюдение в видеорежиме. В ре-

зультате на дисплее компьютера отображается панорамное изображение передней полусферы (см. рис. 3.27).

Рис. 3.27. Панорамное изображение на дисплее компьютера

Система кругового обзора «ПАНОРАМА» имеет следующие техни-

По утверждению производителей, развитие прибора направлено на повышение чувствительности и пространственного разрешения с возмож-

ностью в дальнейшем дополнительного совмещения зеркальной оптиче-

ской системы с тепловизионным приемником, в результате чего будет соз-

дана универсальная наблюдательная система ближнего и среднего радиуса действия с возможностью выдачи предварительных целеуказаний по ази-

муту и углу возвышения.

Компания EGG Solution Optronics (Франция) выпускает высококаче-

ственную охранную видеокамеру с возможностью соединения через ком-

пьютерную сеть по протоколу TCP/IP. Цифровая всенаправленная видео-

камера VideoEye функционирует без персонального компьютера. Видео-

камера имеет угол обзора 360º, высокое разрешение и аналоговые выходы,

обеспечивает сжатие MPEG-2 в режиме реального времени. VideoEye мон-

тируется на потолке в помещении или на улице, внутри и снаружи автомо-

билей и на роботах. Видеокамера обладает функциями дистанционного на-

блюдения и охраны, подходит для таких приложений, как обеспечение правопорядка, охрана помещений и т. д. Вариант возможного размещения видеокамеры и ее зона обзора представлены на рис.3.28.

Возможность совместного использования телевизионной камеры и объектива определяется размером ПЗС-матрицы и используемым типом крепления: C-крепление, дающее расстояние от заднего фланца объектива до плоскости ПЗС-матрицы 17,526 мм, или CS-крепление с расстоянием

12,5 мм.

120

Рис. 3.28. Вариант установки камеры Video Eye

3.3. Кожухи

Защитный кожух представляет собой герметично закрытую конст-

рукцию, выполненную чаще всего из литого алюминия или пластика со специальным антикоррозийным покрытием и имеющую подвижный солн-

цезащитный козырѐк. В последнее время все большее применение находят пластиковые кожухи. Внутри кожуха размещается, помимо камеры и объ-

ектива, терморегулятор для поддержания стабильной температуры

(рис. 3.29).

Рис. 3.29. Размещение телекамеры внутри кожуха

Образцы современных кожухов представлены на рис. 3.30.