Об'єктиви для відеоспостереження: ключ до захоплення якісних зображень

У будь-якій системі відеоспостереження об'єктив грає першорядну роль, та правильний вибір може вагомо змінити якість камери. Вибір об'єктива може впливати на різні аспекти рішення наприклад, на продуктивність при слабкому освітленні. В результаті — бюджетні варіанти можуть бути помилковою економією коштів.

Вибір відповідного об'єктива для відеоспостереження — це заняття, яке менш поширене, ніж раніше. Це пов'язано з тим, що виробники все частіше пропонують статичні купольні камери, оснащені заводським об'єктивом. Проблема з цим підходом полягає в тому, що у користувача менше вибору в відношенні розгорнутої оптики, та часто доводиться приймати рівень якості, встановлений самим виробником. У деяких випадках вбудовані об'єктиви відрізняються підвищеною якістю, але в інших випадках економія для виробників вважається більш вагомим фактором.

Чому об'єктиви мають значення?

Об'єктив для відеоспостереження — це пристрій, який фокусує світло на чутливий чіп камери. Потім датчик перетворює світло в електричний заряд, в залежності від його інтенсивності, який використовується для визначення значення та інтенсивності пікселя при створенні відеозображення. Звичайно, створення відеозображення набагато ширше, але це спрощене пояснення підкреслює один факт: максимально точне фокусування світла на сенсорі важливе для знімання відео відмінної якості.

Існує багато різних типів об'єктивів, з варіаціями для форматів камер та фокусних відстаней, вимог до діафрагми, застосувань при слабкому освітленні, для нічного запису. Відповідно для тих, хто шукає варіант з високою роздільною здатністю, HD або 4K UHD, підходять мегапіксельні об'єктиви.

Перша специфікація для інтеграторів та установників, що використовують мегапіксельні, HD або 4K UHD-камери відеоспостереження, полягає в тому, що завжди важливо застосовувати об'єктив з відповідним рейтингом, з точки зору максимальної роздільної здатності.

Побутують твердження, що для деяких сцен не потрібен об'єктив з істинною специфікацією 4K UHD та що кошти, зекономлені на пристрої підвищеної якості, здатні компенсувати вартість камери. Якщо інтегратори або установники підуть такої поради, виникає питання: чому просто не економлять більше грошей, використовуючи HD-відеокамеру? Об'єктив з недостатнім значенням спочатку позбавить камеру повної роздільної здатності, тому таке придбання вважається безглуздим варіантом.

Продуктивність шліфування

Одним з дорогих завдань, пов'язаних з виготовленням об'єктивів, вважається точне шліфування скла та налаштування комбінацій лінз. Чим точніше шліфування та точне розміщення, тим довше триває процес та тим більше уваги йому потрібно приділяти. Тому зрозуміло, що чим точніше об'єктив, тим дорожче він буде коштувати.

Якщо об'єктив для відеоспостереження призначений для використання з камерою стандартної чіткості, немає сенсу витрачати час та зусилля на шліфування скла або на виготовлення пристрою з більш високим допуском, ніж може дозволити камера. Чесно кажучи, це не буде мати ніякого значення для кінцевої якості зображення. Однак при встановленні об'єктива SD на камеру HD, відразу ж буде отримано зображення погіршеної якості, ніж камера може потенційно забезпечити.

Ідея визначення роздільної здатності для об'єктивів полягає в тому, що малюнок показує, наскільки точним буде об'єктив. Він буде виготовлений тільки на такому рівні якості, що усуває візуальні аберації, які передбачувано здатний відбивати датчик конкретної роздільної здатності. Все інше — марна трата часу та енергії.

Як приклад візьмемо камеру відеоспостереження HD720p. Це буде використовувати чіп, який містить 1280 х 720 пікселів. Фактично це означає, що мікросхема міститиме 921600 елементів зображення, що складають "картинку". Якщо в склі об'єктива HD720p є дефект, має значення тільки те, чи впливає він на достатню кількість пікселів, щоб зробити його видимим для тих, хто переглядає відзнятий матеріал. Насправді, недолік може охоплювати кілька пікселів та не буде очевидним. Якщо зображення було збільшено, цифрова пікселізація зробить зображення непридатним для використання до того, як вада стане очевидною. Тому виробникові немає сенсу усувати цей недолік шляхом ретельного шліфування, тому що ніхто його не побачить. Насправді кажучи, різниця у вартості буде означати, що об'єктив не буде конкурентоспроможним за ціною.

Однак, якщо цей об'єктив потім встановити на 4K UHD-камеру, все зміниться показовим чином. Замість 921 600 пікселів на чіпі, 4K UHD камера має 8,3 мільйона пікселів, часто на чіпі аналогічного розміру. Це означає, що датчик зображення має майже в дев'ять разів більше пікселів в одній і тій же області, тому дефект буде охоплювати набагато більше пікселів. Очевидно, що при збільшенні відеозображення співвідношення набагато вище, ніж у чіпа HD720p, тому недолік стає очевидним при перегляді.

Об'єктиви хорошої якості повинні забезпечувати ту саму якість на самому краю зображення, що й в центрі. Знову ж таки, це та область, в якій недооцінені об'єктиви можуть зазнавати труднощів, зокрема тому, що камери з більш високою роздільною здатністю часто використовують трохи більші датчики зображення.

Однією з найбільш важливих особливостей пристроїв 4K UHD вважається те, що одна камера може транслювати роздільну здатність, рівну чотирьом відеопотокам Full HD. Тому важливо, щоб об'єктив міг гарантувати цю високу роздільну здатність навіть у всіх чотирьох кутах зображення.

На ринку відеоспостереження є багато об'єктивів, які стверджують, що пропонують якість 4K (це невелика різниця між роздільною здатністю 4K UHD). Деякі з них будуть забезпечувати істинну роздільну здатність 4K тільки в центрі зображення, але не по краях. В результаті неможливо передавати потокове відео зі справжньою якістю 4K UHD.

Проте, об'єктиви від перевірених виробників, які визначені відповідним чином, зможуть зберігати високу роздільну здатність від центру, до чотирьох кутів зображення.

Особливості дизайну

Об'єктиви для відеоспостереження складні. Одноелементний пристрій має обмежені опції, а це означає, що важко сфокусувати видиму сцену. Додавання більшої кількості елементів в об'єктив збільшує кількість змінних, які можливо використовувати для управління світлом, що призводить до кращої та більш вузької сфокусованої плями. Для менших пікселів сенсора 4K UHD, світло повинне бути сфокусоване на дуже маленькій плямі, тому для нього потрібно багато елементів в об'єктиві. Об'єктив з низькою якістю зображення здатний трансформувати лінійний край від світлого до темного, але перехід на сенсорі не буде таким різким, як потрібно. Це перетворення називається MTF об'єктива (функція передачі модуляції).

Перехід може мати ширину 4 мкм для переходу від білого до чорного. Якщо пікселі датчика HD становлять 3,1 мкм, між функцією перенесення об'єктива (MTF) та розміром пікселя досить гарна відповідність. Цілком припустимо, щоб MTF перевищував розмір пікселя, тому що міжпіксельна інтерполяція може використовувати навколишні пікселі, щоб точно визначити, де розташована лінія на зображенні.

Однак, якщо той же об'єктив використовується для датчика UHD 4K з пікселями 1,55 мкм, занадто велика невідповідність між MTF об'єктива та розміром пікселя (4 мкм проти 1,55 мкм). Маленькі лінії на зображенні, такі як цифри на автомобільному номері, стануть розмитими та сірими.

Об'єктив з високою якістю зображення здатний фокусувати світло на темний край шириною всього 2 мкм. Додаткова різкість дає датчику зображення краще визначати місце розташування краю, в результаті чого виходить чітке зображення з високим контрастом.

Завжди буде точний баланс при захопленні зображення. Для створення гострих, висококонтрастних країв на площині зображення необхідний високоякісний об'єктив. Датчик високої роздільної здатності може чітко бачити ці краї, а мікросхема обробки зображення не буде погіршувати зображення більш, ніж потрібно. Мета полягає у відповідності якості зображення кожного елемента камери (об'єктива та датчика) — щоб не платити за конкретну якість зображення, яку потім неможливо реалізувати.