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.

Рис.1. Структура формирования изображения через объектив ТВ 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.

                                                                                                              Рис.2. Ирисовая диафрагма с различным размером относительного отверстия.

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:

  1. 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
  2. Управление диафрагмой постоянным током (Direct Drive). В данный момент, имеет широкое применение в системах видеонаблюдения.
    Пример: Вариофокальный объектив Computar AG3Z2812FCS-MPWIR
  3. 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.