Одним из самых главных критериев при выборе объектива для телевизионной камеры является такой параметр,как фокусное расстояние.Что называется фокусным расстоянием, на что оно влияет и как правильно его рассчитать будет подробно рассмотрено в данной статье.
Введение и технические аспекты.
Фокусное расстояние является типичной характеристикой любой оптической системы. Фокусное расстояние объектива (f) — это расстояние от оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются лучи света (точка F), входящие в объектив параллельным пучком.
Рисунок 1. F- главный фокус, f-фокусное расстояние. Различные объективы фокусируют лучи света
в разных точках, и поэтому имеют,разное фокусное расстояние.
В зависимости от расхождения коллимированных лучей линзы объектива можно разделить на положительные (выпуклые) и отрицательные (вогнутые). Ход лучей света в выпуклых и вогнутых линзах различен. Выпуклые стеклянные линзы, преобразуют параллельный пучок световых лучей в сходящийся; поэтому иначе их называют собирающими (рис. 2, слева). Вогнутые стеклянные линзы при этом создают расходящийся пучок света, поэтому их называют рассеивающими (рис. 2, справа).
Рисунок 2. Собирающая и рассеивающая линзы.
Точка, в которой пересекаются после преломления в линзе либо сами световые лучи, когда линза собирающая, либо их продолжения в обратную сторону, когда линза рассеивающая, называется главным фокусом линзы. У собирающих линз фокус действительный, а у рассеивающих мнимый. У всякой линзы два главных фокуса — по одному с каждой стороны. Если слева и справа от линзы одна и та же среда, то оба эти фокуса располагаются на одинаковых расстояниях от линзы. Фокусное расстояние линзы зависит от степени кривизны ее поверхностей. Линза с более выпуклыми поверхностями преломляет лучи сильнее, чем линза с менее выпуклыми поверхностями, и поэтому обладает меньшим фокусным расстоянием.
Рисунок 3. Формула линзы.
F-фокусное расстояние линзы, d-расстояние от предмета до линзы, f-расстояние от изображения предмета до линзы.
При использовании формулы линзы следует верно использовать правило знаков: +F — линза собирающая; -F — линза рассеивающая; +d — предмет действительный; -d — предмет мнимый; +f — изображение предмета действительное; -f — изображение предмета мнимое.
Влияние фокусного расстояния объектива.
Фокусное расстояние объектива определяет его поле зрения и заодно степень увеличения предмета в данной точке съёмки. Чем короче фокусное расстояние,тем шире поле зрения. Чем длиннее фокусное расстояние,чем уже поле зрения. Фокусное расстояние в объективах принято измерять в мм (12 мм, 25 мм, 35 мм, 50 мм и т.д.).
Рисунок 4. Зависимость угла обзоры телевизионной камеры от фокусного расстояния объектива.
В зависимости от фокусного расстояния все объективы можно разделить на три большие группы: широкоугольные, нормальные и длиннофокусные. Объективы, предназначенные для съемок объектов больших размеров с малого расстояния должны обладать широким углом зрения, то есть быть широкоугольными, следовательно, фокусное расстояние таких объективов гораздо меньше диагонали кадра, а угол изображения больше, чем у нормальных объективов. Необходимо учитывать, что широкоугольные объективы по сравнению с другими дают большие перспективные искажения, искажают предметы, расположенные на краю поля их зрения, обладают большим виньетированием по краям и углам кадра.
Объективы, предназначенные для съемки удаленных объектов крупным планом должны иметь большое фокусное расстояние, следовательно, малый угол зрения. Они также называются телеобъективами. Длиннофокусными являются такие объективы, у которых фокусное расстояние, по меньшей мере, в 1,5 раза больше диагонали кадра. Длиннофокусные объективы по сравнению с нормальными и широкоугольными обладают меньшей глубиной резкости и в меньшей степени передают объемность и глубину пространства, т.е. визуально сближая дальний и передний планы.
По конструктивному типу исполнения объективы существуют объективы с переменным и постоянным фокусным расстоянием. Объективы у которых фокусное расстояние может изменяться в заданных пределах называются вариофокальными («зум-объективами»), объективы с постоянным фокусным расстоянием называются монофокальными («фикс-объективы»). В отличие от монофокальных объективов, вариофокальные объективы позволяют регулировать расстояние до объекта наблюдения, тем самым давая возможность более подробно рассмотреть ту или иную деталь происходящего. Основными преимуществами монофокальных объективов являются стоимость, вес,большая светосила, меньшие геометрические искажения и аберрации.
Как правильно рассчитать фокусное расстояние?
Если известно расстояние от камеры до объекта, ширина объекта, а также физический размер матрицы на используемой камере видеонаблюдения, то для расчета фокусного расстояния объектива можно воспользоваться простой формулой:
f = H x D / W
где f – это фокусное расстояние объектива (мм),
H – размер матрицы по горизонтали (мм),
D – расстояние от телевизионной камеры до объекта (м),
W – ширина объекта наблюдения (м).
Фокусное расстояние является физической величиной самого объектива и не зависит от типа камеры, на которой используется или будет использоваться объектив!
Внимание! Более простой и удобной способ расчета фокусного расстояния — это воспользоваться Калькулятором расчета фокусного расстояния и углов обзора.