Популярно о диафрагме (Iris) в видеокамерах
В любой видеокамере есть неотъемлемая часть оптики: диафрагма, которая имеет свои особенности. Попытаемся их вкратце изложить.
Диафрагма (от греч. перегородка ) — устройство объектива видеокамеры, позволяющее регулировать относительное отверстие, то есть изменять светосилу объектива — соотношение яркости оптического изображения снимаемого объекта к яркости самого объекта.
Стандартные значения диафрагмы (относительного отверстия) основаны на увеличении или уменьшении освещённости оптического изображения в два раза: 1/0,7; 1/1; 1/1,4; 1/2; 1/2,8; 1/4; 1/5,6; 1/8; 1/11; 1/16; 1/22; 1/32; 1/45; 1/64.
В некоторых случаях со словом «диафрагма» употребятся слово » Iris «, на русском языке «ирисовая диафрагма».
Дополнительное слово » Iris » диафрагма получила от наиболее совершенной многолипестковой «ирисовой» конструкции, состоящей из серповидных шторок, синхронно перекрывающих отверстие объектива и аппроксимирующих практически круглое отверстие диафрагмы.
Численное значение диафрагмы определяет следующие элементы фотографического процесса:
- экспозиция — с уменьшением отверстия на одну ступень поток света уменьшается вдвое, что требует увеличения вдвое времени выдержки, для сохранения правильной экспозиции;
- глубина резкости — чем меньше отверстие, тем больше глубина резкости;
- аберрации — чем меньше отверстие, тем ниже уровень аберраций и выше резкость, но только до определённого предела (обычно 1/8 — 1/11), далее резкость опять падает из-за влияния дифракции;
Следует так же учитывать, что диафрагма — это хороший инструмент для увеличения объема сцены.
Запомните основное свойство диафрагмы: чем больше она открыта, тем меньше глубина резкости в кадре.
Естественно, при прикрытии диафрагмы глубина резкости возрастает. Вы спросите: “Что такое глубина резкости?” Говоря простым языком — это отрезок оптической оси, в котором сохраняется фокус.
Очень хорошо на практике использовать в кадре задний план (фон) в расфокусе (размытым). Когда вы снимаете статичный план, особенно крупный (портрет или натюрморт), то размытый “задник” придаст большее ощущение объема снимаемой сцены.
Но как этого достичь, когда у Вас маленькая глубина резкости или “задник” находится довольно недалеко по оси относительно главного объекта хорошо освещённой сцены?
Вполне возможно у Вас диафрагма прикрывает лишний поток света, уменьшается глубина и Вы не можете достичь желаемого эффекта. Включайте SHUTTER, сначала на небольшое значение выдержки 100-120. Можно уменьшать время экспозиции до тех пор, пока диафрагма не будет полностью открыта. Вы сразу заметите, как Ваша сцена приобретёт большую глубину и объем.
И ещё несколько слов о расфокусе.
Есть такой приём: можно попытаться изменять акцент внимания зрителя на два разных объекта, находящиеся в кадре вдоль оптической оси. В основном это применимо для съемки на длинном фокусе, т.е. зуме.
Рекомендуем при этом использовать штатив. Наведите резкость на ближний объект, запустите запись, и через несколько секунд переведите фокус на дальний объект. Таки образом Вы сможете показать зрителю два различных объекта без панорамирования и одним планом.
Вполне возможно, эти приёмы помогут вам художественно украсить свой сюжет.
Объективы видеонаблюдения: тренды развития и специальное назначение
Михаил Чичварин
Региональный менеджер
компании CBC Group
Выбирая хорошую видеокамеру, очень важно, чтобы все компоненты системы были сбалансированы. Качественное видеоизображение удастся получить только в том случае, если разрешение камеры не будет теряться за счет использования регистрирующего оборудования с низким качеством компрессии, монитора с низкой производительностью или объектива с разрешающей способностью ниже видеокамеры.
Огромную популярность в последнее время приобретают IP-камеры мегапиксельного разрешения, большинство производителей в области видеонаблюдения имеют в своем арсенале широкую линейку продуктов, но для использования всей разрешающей способности мегапиксельных IP-камер требуется высочайшее качество оптики.
Объективы P-Iris
Объективы с новым способом управления диафрагмой P-Iris обеспечивают индивидуальность IP-камерам и камерам высокого разрешения. На фоне тенденции глобального распространения по всему миру IP-видеокамер происходит развитие новых объективов с диафрагмой P-Iris. Данные объективы предназначены специально для IP-камер и работают в сочетании со специализированным программным обеспечением в камере.
Почему разработан P-Iris?
До настоящего времени одной из серьезных проблем IP-камер являлась точная регулировка диафрагмы, так как было трудно управлять гальванометром (аналоговым устройством), который используется в объективах с автодиафрагмой DC-Iris, с помощью цифровой системы. По этой причине еще несколько лет назад на IP-камеры чаще устанавливали объективы с ручной диафрагмой.
Стандартные объективы с автодиафрагмой DC-Iris отвечают только на изменение уровня освещения и не принимают в расчет влияние раскрытия диафрагмы на другие свойства изображения, такие как глубина резкости, качество. При использовании объектива DC-Iris камера получает информацию только о раскрытии или закрытии диафрагмы в ответ на изменение уровня освещенности, объектив не информирует камеру об уровне раскрытия диафрагмы. Без этой информации камера не способна эффективно управлять раскрытием диафрагмы (апертурой) с целью оптимизации качества изображения. Для преодоления данного эффекта были разработаны объективы с диафрагмой P-Iris.
Какие преимущества?
Объективы P-Iris оснащены не традиционным гальванометром (автодиафрагмой), а шаговым электроприводом, который управляет диафрагмой в цифровом режиме. Это позволяет целенаправленно и точно оптимизировать открытие диафрагмы при всех условиях освещения, и как результат, получаются более контрастные и четкие изображения с лучшим разрешением и глубиной резкости (рис. 1).
В объективах P-Iris отпадает потребность в нейтральном светофильтре, который был необходим для традиционных объективов с гальванометром, что позволяет избежать снижения качества изображения. Сокращение перепада разрешения в центре и на краях наблюдаемой сцены, а также способность сбалансировать качество изображения позволяют рекомендовать данные объективы для мегапиксельных камер.
P-Iris на рынке
Одним из примеров взаимодействия производителя IP-камер и объективов служит совместная разработка компаний Axis Communications и Kowa – видеокамеры AXIS P1346 или AXIS P1347, в комплект которых входит P-Iris-объектив Kowa LMVZ3510M-IR 1/2″ 3,5–10 мм, F1.6 с CS-креплением и специальное программное обеспечение для оптимизации качества изображения (рис. 2).
В свою очередь, японский концерн CBC Group под торговой маркой Computar выделяется большим количеством разрабатываемых P-Iris-объективов. Их количество насчитывает более 15 моделей и покрывает фокусные расстояния от 3,1 до 50 мм. Объективы Computar предназначены как для стандартных корпусных камер с CS-креплением объектива, так и для бескорпусных камер с креплением объектива M12 и D14. Компания CBC Group не только устанавливает на свою продукцию (IP-камеры GANZ ZN-DT2MAP и ZN-B2MAP) объективы AG3Z3112KCS-MPIR (1/2,7″ 3,1–8 мм F1.2 CS ИК-скорректирован) и AG4Z1214KCS-MPIR 1/2,7″ (12,5–50 мм F1.4 CS ИК-скорректирован), но и совершенствует уже традиционные объективы CS-типа, тем самым стимулируя переход производителей IP-камер на продукцию P-Iris (рис. 3).
Для предотвращения инцидентов, когда кабель объектива с функцией P-Iris по ошибке подключается в камеру с традиционной автодиафрагмой, Computar изготовил специальный коннектор 4 P. Он позволяет избежать замыканий и выхода камеры и объектива из строя.
Регулировка фокусного расстояния
До настоящего времени настройка фокуса в камерах со встроенным объективом (купольные, цилиндрические камеры) была сложным и запутанным процессом, источником головной боли для монтажников. В IP-камерах, особенно мегапиксельного разрешения часто возникают специфические задержки передачи видеосигнала, что вызывает необходимость более точной настройки фокуса, тем самым делая ручную настройку резкости практически невозможной. Объективы с функцией MFZ (Motorized Focal Zoom) быстро решают данную проблему, значительно сокращая время установки. Даже если после монтажа клиент укажет на смещение фокуса, монтажнику не потребуется вновь приходить на объект – он сможет многократно производить точную настройку фокуса через локальную сеть. Данные объективы обеспечивают революционное снижение времени на установку и регулировку фокуса.
Это еще одна важная функция, которой обладают P-Iris-объективы. Достигается это за счет дополнительного привода, который с высокой точностью перемещает линзы объектива, а не ПЗС-матрицу камеры, как реализовано у ряда производителей. Таким образом, имея закрытую систему видеонаблюдения, состоящую из сотен камер, пользователь получает возможность удаленно, через локальную сеть, настраивать угол обзора камеры и фокус, поочередно подключаясь к каждой IP-камере через Web-интерфейс.
Наблюдение на больших расстояниях
Для наблюдения за объектами на больших расстояниях часто применяются специализированные трансфокаторы, представляющие собой сложный механизм с большим количеством линз и четко согласованным расположением элементов. Как правило, данный тип оптических устройств оснащен несколькими сервоприводами, которые обеспечивают возможность удаленного изменения угла обзора, фокуса и диафрагмы.
Новые возможности
Конечно, задачу наблюдения на больших расстояниях можно возложить на стандартные купольные камеры со встроенным трансфокатором, но, как правило, такие камеры обладают максимум 37-кратным оптическим увеличением (соответствует порядка 125 мм для 1/3″ ПЗС-сенсора камеры), и у них возникают некоторые сложности при наблюдении, связанные с куполообразным кожухом, который может искажать действительное изображение. В настоящее время на рынке существуют трансфокаторы, диапазон фокусных расстояний которых изменяется от 10 до 1000 мм, а применение специального экс-тендера позволяет увеличить максимальное фокусное расстояние вдвое.
Если поместить комплект «камера+трансфо-катор» в кожух и на специальную поворотную платформу, появляется возможность наблюдения за объектами на расстоянии в несколько километров с использованием PTZ-функций. Многие трансфокаторы также обладают функцией предустановки, что позволяет оператору в считанные секунды перевести наблюдение в желаемую зону, а наличие ИК-фильтра обеспечивает наблюдение как днем, так и ночью.
Для больших расстояний
Одним из примеров трансфокаторов с большим оптическим увеличением служат трансфокаторы из серии D60x16.7SR4 от компании Fujinon. Модель D60x16.7SR4D-V41 рассчитана на использование с камерами, имеющими разрешение до 2 Мпкс и матрицу размером 1/2, 1/3 или 1/4″, которые работают в режиме «день/ночь» (рис. 4). Фокусное расстояние нового трансфокатора изменяется от 6,7 до 1000 мм, угол обзора – от 22°41 до 0°25. Трансфокатор обеспечивает 60-кратное оптическое увеличение. У него имеется также встроенный 2-кратный экстендер, что позволяет увеличить минимальное и максимальное фокусное расстояние до величин 33,4 и 2000 мм соответственно. За счет этого через трансфокатор при малых углах обзора можно наблюдать за объектами, находящимися на расстоянии от 5 до 4000 м. Такое изделие будет полезно при организации круглосуточного видеонаблюдения на больших открытых пространствах, например в аэропортах, на водоемах, в пограничных зонах, на периметрах крупных объектов.
Для условий плохой видимости
Одним из главных аспектов при наблюдении на больших расстояниях является возможность получения видеоизображения без видимых помех, связанных с дымкой, туманом или во время сильного снегопада. Так, даже при ясной погоде при наблюдении за объектом на расстоянии от 1500 м возникает эффект смазывания и объекты сложно различимы. Для решения этой проблемы японский концерн CBC Group представил трансфокатор с 60-кратным оптическим увеличением Computar H60Z1238A-IRF и диапазоном фокусных расстояний от 12,5 до 700мм (рис. 5). В данном трансфокаторе можно выбирать длину волны ближнего инфракрасного диапазона, которая оптимальна для камеры дневного и ночного наблюдения, что позволяет осуществлять круглосуточную съемку совместно с соответствующей камерой. Наконец, пользователь имеет возможность переключать трансфокатор в режим особой фильтрации – теперь даже в условиях плохой видимости (туман, дождь, песчаная буря и пр.) можно передавать более чистое и контрастное изображение. Для этого используется уникальный фильтр, который помогает лучше видеть объекты, которые в обычных условиях скрыты за помехами.
Панорамная съемка
Очевидно, что использование одной мегапиксельной камеры может заменить несколько камер стандартного разрешения, использующихся на объекте, за счет большей разрешающей способности. Так, на рынке стали появляться мегапиксельные объективы с экстремально широким углом обзора, достигающим 180°. Такой тип объективов называют «рыбий глаз». Используя такой объектив вкупе с мегапиксельной камерой, можно без потери деталей вести наблюдение за большим помещением при помощи лишь одной камеры.
Главной особенностью, которой должны обладать объективы «рыбий глаз», является получение изображения с низким количеством деформаций и дисторсий по краям сцены. Такие искажения характерны для более дешевых объективов данного типа.
В линейке объективов Computar присутствуют объективы L1028KRW и L1028KDRW типа «рыбий глаз» с креплением М12 для бескорпусных камер с регулируемой ручной диафрагмой и разрешением, рассчитанным на камеры 5 Мпкс. Особенностью этих объективов является наличие ИК-коррекции, что сделало возможным вести четкую съемку в высоком качестве как днем, так и ночью.
Новинкой в данном сегменте является аналоговая камера Tamron 130NT-P-CM с количеством эффективных пикселей 1280×960. Камера оснащена объективом с углом обзора в 180° и фокусным расстоянием 1,09 мм, F1.7. В комплекте с камерой поставляется специализированное ПО, позволяющее использовать функции интерактивного PTZ-управления.
Благодаря своим преимуществам (высокое разрешение, сверхширокий угол обзора, малый вес и компактность) у объективов «рыбий глаз» широкая сфера применения: наблюдение за большими пространствами, система телеконференций, машинное зрение, осмотр внутренней части труб/емкостей и т.д.
Требования пользователей растут
С постоянным развитием новых технологий в видеокамерах и появлением новых задач, решаемых системой видеонаблюдения, происходит непрерывный процесс разработки и производства новых типов объективов. С другой стороны, пользователи становятся более квалифицированными, требовательными и прекрасно понимают высокую значимость оптики для систем видеонаблюдения – данный факт предъявляет к производителям новые требования.
Однако самой главной задачей потребителя остается определиться с производителем, который ценит свою репутацию и честно указывает характеристики своей продукции, – это позволяет организовывать экономически обоснованную, но при этом качественную и надежную систему охранного видеонаблюдения.
Типы управления диафрагмой в объективах для систем видеонаблюдения и машинного зрения
Объективы для систем охранного видеонаблюдения и машинного зрения формируют изображение на светочувствительном элементе телевизионной камеры.
Все объективы состоят из группы линз, а для регулирования количества света, попадающего на приемник видеокамеры в объективах установлена ирисовая диафрагма, – ее внешний вид, с различными значениями относительных отверстий, приведен на рис. 2. Регулирование светового потока на матрицу происходит при помощи регулировки закрытия и открытия лепестков диафрагмы на определенное значение (f-Stop). Чем больше открыта диафрагма, тем больше света попадает на светочувствительный элемент камеры. Самые светосильные объективы имеют значения f/0.9-f/0.95.
По типу управления диафрагмой объективы можно разделить на следующие группы:
• Объективы с фиксированной диафрагмой — используются только с камерами, имеющими автоматический электронный затвор.
Пример: Монофокальный объектив Daiwon DW9711.
• Объективы с ручной диафрагмой используются в местах со стабильной освещенностью (в помещениях с искусственным освещением). Такие объективы можно использовать и на улице, но с камерами, имеющими режим автоматического электронного затвора. Данный тип управления является основным в объективах, предназначенных для промышленного применения.
Пример: Монофокальный объектив Сomputar V0814-MP
• Объективы с автоматической диафрагмой управляют световым потоком за счет обратной связи сигналов, приходящих от ТВ камеры. Такие объективы применяют в условиях перепадов освещенности и внешне отличаются от остальных объективов наличием кабеля с разъемом, который подключен к ТВ камере.
По сигналам управления, приходящим от ТВ камеры, объективы с автоматической диафрагмой подразделяются на объективы со следующими видами управления:
- Управление диафрагмой в соответствии с изменяющимся видеосигналом (Video Drive). Данный тип управления считается устаревшим и на сегодняшний день уже практически нигде не используется.
Пример: Вариофокальный объектив Spacecom TV308AI-2 - Управление диафрагмой постоянным током (Direct Drive). В данный момент, имеет широкое применение в системах видеонаблюдения.
Пример: Вариофокальный объектив Computar AG3Z2812FCS-MPWIR - P-Iris — это, набирающее все большее популярность, автоматическое управление диафрагмой с высокой точностью при помощи шагового электропривода, разработанное компанией Axis Communications из Швеции и компанией Kowa из Японии. В комплект входят объектив P-Iris и специальное программное обеспечение для оптимизации качества изображения.
Пример: Вариофокальный объектив Kowa LM25JC5MM-IR
Управление диафрагмой по видеосигналу (Video Drive) означает, что анализ видеосигнала и управление мотором диафрагмы осуществляет специальное устройство, размещенное в объективе. Управление диафрагмой по постоянному току (Direct Drive) означает, что схема принятия решения о положении диафрагмы находится в ТВ камере, а в объективе имеется только мотор как исполнительное устройство. На корпусе объективов с управлением диафрагмой по видеосигналу присутствуют два регулирующих элемента. Обозначаются они как «Level» и «ALC». Регулировка «Level» используется для настройки режима работы электронной схемы объектива по реальной освещенности. При вращении регулятора «Level» мы искусственно изменяем значение диафрагмы. На мониторе изменение положения регулятора «Level» воспринимается как изменение яркости изображения. Регулятор «ALC» имеет две области регулирования. Это область средних значений (обозначается «А») и область пиковых значений (обозначается «Р»). Регулятор «ALC» используется для устранения обратной засветки в высококонтрастных сюжетах. Объективы с управлением диафрагмой по постоянному току (Direct Drive) не имеют на своем корпусе никаких регулировок. Настройка таких объективов осуществляется на видеокамере, которая должна иметь уже известные нам органы настройки «Level» и «ALC».
Объективы P-Iris оснащены не традиционным гальванометром (автодиафрагмой), а шаговым электроприводом, который управляет диафрагмой в цифровом режиме. Это позволяет целенаправленно и точно оптимизировать открытие диафрагмы при всех условиях освещения, и как результат, получаются более контрастные и четкие изображения с лучшим разрешением и глубиной резкости. В объективах P-Iris отпадает потребность в нейтральном светофильтре, который был необходим для традиционных объективов с гальванометром, что позволяет избежать снижения качества изображения. Сокращение перепада разрешения в центре и на краях наблюдаемой сцены, а также способность сбалансировать качество изображения позволяют рекомендовать данные объективы для мегапиксельных камер. В условиях яркого освещения диафрагма с технологией управления P-Iris ограничивает закрытие отверстия, чтобы избежать размытия (дифракции), вызываемого сильным сужением отверстия ирисовой диафрагмы.
В качестве наглядного примера работы диафрагмы объектива приводим видеоролик от компании Kowa:
What Is Iris In Ip Camera?
The iris is the adjustable opening that can restrict the amount of light that enters the camera. It’s the shutters and springs that actually open and close.
What is P-iris camera?
P-iris is an automatic iris control system developed by Axis Communications, designed to give precise control over the iris opening using a stepper-motor driven iris and specialised software.P-iris is expected to replace the DC-iris as the standard method of iris control in fixed Axis network cameras.
What does DC iris mean?
DC Iris: controlled by direct-current (DC) driving signals from camera. Video Iris: controlled by video signal with separate power from camera.
What is manual iris?
Manual irises are similar to fixed irises, except that they can be manually adjusted. This is usually only done during installation, as it is highly inconvenient to do so while the camera is already in use. Likewise, cameras with a manual iris are best utilized in situations with constant light, such as indoors.
Why do we need iris in video camera?
A camera iris is the part of the camera that controls how much light comes through the lens.The light that the iris allows through hits the image sensor and that light gets recorded as electrical impulses that create the video.
What is the difference between DC iris and P-iris?
Unlike with a DC Iris motor, the stepper motor that is used in P-Iris lenses makes it possible to set and maintain a precise iris opening, allowing the lens to be set to an aperture that optimizes the depth of field and minimizes diffraction, for extended periods of time.
What are iris settings?
The iris is the adjustable opening that can restrict the amount of light that enters the camera. It’s the shutters and springs that actually open and close.
What does adjusting iris do?
The iris is an adjustable opening (aperture), which controls the amount of light coming through the lens (i.e. the “exposure”). The video camera iris works in basically the same way as a still camera iris — as you open the iris, more light comes in and the picture appears brighter.
Which lens mount is best?
Bayonet mounts are the most favored of these three mounting types, due to the ease and speed of installing and removing lenses from camera bodies, the ability to incorporate electronic contacts using this attachment method, and the repeatable precision afforded by a simpler design.
What is aperture of eye?
In optics, an aperture is a hole that allows in light.As previously mentioned, the pupil and iris act like the aperture of a camera, regulating the amount of light that can travel through the lens into the retina.
Whats a slow shutter speed?
Shutter speed is exactly what it sounds like: It’s the speed at which the shutter of the camera closes. A fast shutter speed creates a shorter exposure — the amount of light the camera takes in — and a slow shutter speed gives the photographer a longer exposure.
Do digital cameras have iris?
Most modern cameras use a type of adjustable diaphragm known as an iris diaphragm, and often referred to simply as an iris.
What is aperture in photography?
What is aperture in photography? Aperture refers to the opening of a lens’s diaphragm through which light passes. It is calibrated in f/stops and is generally written as numbers such as 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11 and 16.
What is gain in camera?
Term: Gain (image)
In practical discussions of digital cameras and scanning devices, gain is described as a means of increasing the ISO of the device and apparent sensitivity to light.The result is that increasing gain increases the apparent brightness of an image at a given exposure.
What is exposure iris?
Aperture, Iris and Exposure
Camera iris—the hole in the middle is the aperture.The aperture is the size of the opening in the iris. Exposure is the amount of light falling upon the sensor.
What is ISO camera?
ISO is your camera’s sensitivity to light as it pertains to either film or a digital sensor. A lower ISO value means less sensitivity to light, while a higher ISO means more sensitivity.
What is a fast shutter speed?
A value around 1/250s or below can be considered fast. When we say 1/250s, it means one-hundred-and-two-fiftieth of a second. Similarly, a shutter speed of 1/500s implies that the shutter stays open for one-five-hundredth of a second. 1/500s is faster than 1/250s.
What is white balance?
White balance (WB) is the process of removing unrealistic color casts, so that objects which appear white in person are rendered white in your photo. Proper camera white balance has to take into account the “color temperature” of a light source, which refers to the relative warmth or coolness of white light.
What is E mount lens?
The E-mount is a lens mount designed by Sony for their NEX (“New E-mount eXperience”) and ILCE series of camcorders and mirrorless cameras. The E-mount supplements Sony’s A-mount, allowing the company to develop more compact imaging devices while maintaining compatibility with 35mm sensors.
What is AF mount lens?
AF NIKKOR lenses use a mechanical coupling between the lens and the camera body. On several Nikon DSLR camera bodies, the focus motor is in the camera and a series of gears drives the lens’ focusing mechanism, which allows the lens to focus. AF-S NIKKOR lenses feature Nikon’s Silent Wave Motor (SWM).
WHAT is lens release?
Lens release button — Press this button to unlock the lens mount and detach the lens by rotating it. You don’t need to press it when mounting a lens. Drive mode button — This lets you control the camera’s drive mode, allowing you to take a single shot, shoot continuously, or use a countdown timer.