Как выбрать угол обзора и фокусное расстояние объектива камеры. Зависимость угла обзора от фокусного расстояния объектива видеокамеры Угол обзора камеры 1 3
В первую очередь, при выборе видеокамеры следует обращать внимание на угол обзора, так как именно он определяет зону наблюдения. В видеонаблюдении угол обзора играет важную, основополагающую роль. Он зависит от фокусного расстояния объектива камеры и размера ее сенсора. Видеокамера, у которой сенсор большего размера, даже при одинаковом фокусном расстоянии, будет иметь большой угол обзора. Изображение с высокой детализацией можно получить с помощью узкого угла обзора, а не только при увеличении разрешающей способности системы. Если угол обзора видеокамеры будет шире, то детализация объектов в кадре будет хуже.
Цель эксперимента: наглядно показать зависимость углов обзора видеокамеры от используемых объективов.
Рассмотрим примеры для видеокамер, выполняющих «обзорные» функции, которые расположены так, чтобы захватить «общий вид».
Уличные видеокамеры с различным фокусным расстоянием объектива и фиксированным размером сенсора. Камеры расположены таким образом, чтобы продемонстрировать «общий вид» парковки перед зданием.
Для сравнения возьмем следующие модели камер с фиксированными (не подстраиваемыми) объективами, имеющими разные фокусные расстояния:
PN-IP2-B3.6 v.2.6.3 - объектив 3,6 мм,
PN-IP2-B2.8 v.2.6.3 - объектив 2,8 мм,
PNL-IP2-B1.9MPA v.5.5.2 с объективом 1,9 мм,
Размер матрицы: 1/2.9 дюйма - Sony Exmor
Для корректного процесса сравнения использовали все камеры одинакового разрешения 2 Мп на одинаковой матрице размером 1/2.9 дюйма - Sony Exmor CMOS (IMX323).
Высота расположения всех трёх камер в эксперименте одинаковая. Это 3 этаж офисного здания, примерно 10 метров от асфальта. Для того, чтобы более наглядно просмотреть ширину углов обзора камеры, она выравнивалась по правому нижнему углу. А с левого края, с помощью сделанных скриншотов, можно сравнить широкое или узкое видение видеокамеры по горизонтали. В результате проведенного эксперимента было сделано три скриншота.
Угол обзора с объективом с фокусным расстоянием 3.6 мм
На первом скриншоте, изготовленном с помощью видеокамеры PN-IP2-B3.6 v. 2.6.3 с фокусным расстоянием 3.6мм, в левой части полученного изображения мы можем наблюдать припаркованный на стоянке грузовик и забор слева от него. Угол обзора составляет примерно 72 градуса.
Угол обзора с объективом с фокусным расстоянием 2.8 мм
На скриншоте, изготовленном с помощью видеокамерыс фокусным расстоянием 2.8мм модель PN-IP2-B2.8 v.2.6.3, слева видно ещё порядка 15-20м забора, и часть стоянки позади грузовика. Угол обзора при использовании камеры PN-IP2-B2.8 v.2.6.3 с фокусным расстоянием 2.8мм уже порядка 87 градусов.
Угол обзора с объективом с фокусным расстоянием 1.9 мм
Третий скриншот получен с применением видеокамеры PNL-IP2-B1.9MPA v.5.5.2, с широкоугольным объективом, имеющем фокусное расстояние 1,9мм. На изображении можно увидеть уже не только стоянку позади припаркованного грузовика, но и выезд другого грузовика из стоянки. Угол обзора у данной камеры составляет примерно 112 градусов.
Стоит понимать, что чем шире видит камера, тем меньше плотность пикселей и, соответственно, хуже детализация каждого участка получаемого изображения.
Камеры и с не самыми широкими углами обзора имеют право на жизнь и актуальны в использовании, главное правильно подобрать камеру видеонаблюдения отвечающую требованиям за наблюдаемым объектом и удовлетворяющую желаемому результату по качеству картинки.
Расчёт углов обзора видеокамер для всех 3-х случаев
a = 2arctg (d/2f),
a - угол обзора видеокамеры, в метрических градусах;
arctg - тригонометрическая функция (арктангенс);
d - ширина матрицы в миллиметрах;
f - эффективное фокусное расстояние объектива в миллиметрах;
Для PN-IP2-B3.6 v. 2.6.3
а1=2*arctg*5,376мм/2*3,6 мм = 73,4 градуса
Для PN-IP2-B2.8 v.2.6.3
a2=2*arctg*5,376мм/2*2.8 мм = 87 градусов
Для PNL-IP2-B1.9MPA v.5.5.2
а3=2*arctg*5.376мм/2*1,9 мм = 109 градусов
Наглядно можно изобразить так:
Если Вы хотите получать уведомления о похожих постах, присоединяйтесь к нашему Телеграмм-каналу.
Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?
На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.
Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.
Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.
Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:
И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.
Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.
| Формат матрицы | Диагональ матрицы (мм) | Соотношение сторон | |||
| 4:3 | 16:9 | ||||
| Ширина (мм) | Высота (мм) | Ширина (мм) | Высота (мм) | ||
| 1/4 | 4.23 | 3.39 | 2.54 | 3.69 | 2.08 |
| 1/3 | 5.64 | 4.52 | 3.39 | 4.92 | 2.77 |
| 1/2.8 | 6.05 | 4.84 | 3.63 | 5.27 | 2.96 |
| 1/2.7 | 6.27 | 5.02 | 3.76 | 5.47 | 3.07 |
| 1/2.5 | 6.77 | 5.42 | 4.06 | 5.90 | 3.32 |
| 1/2 | 8.47 | 6.77 | 5.08 | 7.38 | 4.15 |
В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).
Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.
Для наглядности приведем несколько примеров:
N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.
Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).
N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.
Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.
BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.
Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.
Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области - меняться в зависимости от режима работы.
Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.
В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.
Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).
Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 - как у 7-мм.
Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения
Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.
Основные сведения:
Как известно, LCD дисплеи имеют ограниченный угол обзора. Контрастность изображения сильно зависит от угла падения взгляда на LCD панель. При определённых углах контраст достигает максимума, и изображение легко читается, при других контраст резко падает и чтение информации с экрана сильно затруднено. Физические размеры допустимого угла обзора, в дальнейшем - угла обзора, определяются несколькими факторами, основными из которых являются тип “жидких кристаллов” и циклы запитки. Поскольку угол обзора, как правило, меньше чем хотелось бы, то каждый модуль LCD приобретает опорное направление обзора в процессе его производства. Чаще всего оптимальный угол обзора смещён относительно нормали к поверхности модуля.
Несколько типов LCD модулей предлагаются производителямис установкой опорного направления под разными углами или позициями дляохвата как можно большего числа различных применений модулей. Термин “опорное направление” или “угол смещения” часто путают с понятием “угол обзора”.
Определение “угла смещения” и “угла обзора”
Углом смещения считается угол между нормалью к поверхности LCD и направлением, с которого дисплей обеспечивает наилучшее изображение и максимальный контраст см. рис.1.
Этот угол определяется конструктивом дисплея и может устанавливаться в процессе производства в любом направлении или ориентации. Ориентацию угла смещения дисплеев часто формулируют с помощью опорных направлений циферблата стрелочных часов. Если направление лучшего обзора находится выше дисплея, говорят о смещении на 12:00 или об основном смещении. Hantronix предлагает стандартные LCD дисплеи с обоими позициями угла смещщения и на 12:00, и 6:00, а так же изготавливает заказные модули с любыми углами смещения.
Рис.1 Определение угла обзора (Viewing angle)
Уголом обзора считают угол формирующийся с обоих сторон от угла смещения в пределах которого контраст дисплея остаётся достаточно высоким. Hantronix ограничивает это снижение контраста в пределах угла обзора как отношение 1.4:1. STN цифровой дисплей с циклом запитки 1/16 имеет угол обзора в пределах 20 градусов, и угол смещения 25 градусов. Когда этот дисплей виден под углом 25 градусов выше нормали (как это показано на рис.1.) он имеет максимальную контрастность и наилучшее изображение. В этом примере дисплей имеет смещение на 12:00, т.е. смещение основного типа. При смещении глаз наблюдателяотносительно дисплея на дополнительный угол в пределах 30 градусов контрастность дисплея уменьшается, но изображение остаётся достаточно чётким и легко читаемым. Дальнейшее увеличение этого угла приводит к существенному снижению качества изображения.
Регулировка контраста и её влияние на угол обзора
Регулировка напряжения контраста, VL, устанавливает угол смещения в определённое положение, но не влияет на угол обзора. Дисплей с углом смещения на 12:00 может быть оптимизирован на угол в 6:00 регулировкой напряжения контраста. Но 12:00 “часовой” дисплей установленный в позицию 6:00 угла смещения не будет обладать таким же высоким контрастом как 6:00 “часовой” в позиции на 6:00 и наоборот.
Разработчики часто желают иметь LCD дисплеи, оптимизированные для нулевого угла смещения, когда контраст максимален при нормальном падении взгляда наблюдателя на панель.
Оба типа модулей и 12:00 и 6:00 могут использоваться для этой цели, а напряжение контрастапросто регулируется для оптимизации дисплеев при заданном угле наблюдения.
Например, в приведённых ранее дисплеях, угол обзора обоих типов дисплеев и 12:00 и 6:00 перекрывает перпендикуляр к поверхности дисплеев.
Процедура регулировки контраста
Однажды установленный угол смещения дисплея в соответствии с его конструктивом, может, однако, корректироваться в последствии в соответствии с его применением. Это подтверждается результатами разработки множества прототипов изделий с LCD дисплеями. Для такой регулировки необходим потенциометр с сопротивлением около 10 Ком, соединённый с шинами питания модуля, как показано на рис.2, для двух вариантов питания, одно и двухполярного.
Движок потенциометра при этом соединён с входом VL модуля. LCD устанавливают в положение при котором он виден под необходимым углом смещения. Регулируя положение движка потенциометра, а вместе с ним и напряжение VL, добиваются оптимальной контрастности изображения. Напряжение VL при этом может быть измерено и зафиксировано.
В последствии потенциометр может быть заменён в изделии на делитель из двух резисторов, вырабатывающий необходимое напряжение VL.
Рис.2.
Выбор необходимого модуля для изделия
Большинство выпускаемых электронных изделий, при эксплуатации, имеют определённое пространственное положение. Для устройств располагаемых на столе, таких как калькуляторы, дисплеи в основном видны сверху. Обычно это так же справедливо и для малых измерительных приборов. Для этих применений необходимо отдать предпочтение LCD модулям 6:00. для изделий где LCD модуль расположен вертикально, например, на приборном щитке автомобиля или самолётапредпочтение следует отдать модулям 12:00.
Заключение
Выбор LCD дисплеев, с точки зрения угла обзора, очень важен, однако, разработчик должен иметь в виду, что установка контраста не менее важна, поскольку оба этих параметра совместно влияют на качество изображения выбранного модуля, и в конечном итоге на привлекательность вашей разработки.
Исходный файл:
| 45 Kb Engl 3224app.pdf |
Все чаще и чаще наши кленты спрашивают камеры видеонаблюдения с углом обзора в 120 градусов и более. Большинство несведующих в этой теме людей уверены, что это типичное значение для стандартных видеокамер. Да что греха таить, многие из продавцов также заявляют, что у камер с объективом 2,8 мм угол обзора 120° по горизонтали. Давайте посмотрим на реальные значения. Мы уже измеряли , и развенчали миф о том, что у большинства из них угол обзора 120 и более градусов.
Подбирая оборудование для охранной системы наблюдения конечно важно учитывать угол обзора камер видеонаблюдения, от которого зависит размер наблюдаемой зоны. На его значение влияет 2 параметра - фокусное расстояние объектива и диагональ матрицы, с увеличением которой угол обзора будет расширяться. Но с повышением угла поля зрения падает детализация изображения. Для увеличения детализации необходимо большее разрешение или камера с более узким углом обзора.
Для наглядного сравнения углов поля зрения на камерах с разными объективами был проведен эксперимент, который описывается далее в статье.
Мы использовали 3 IP камеры с разными объективами:
- 3,6мм -
- 2.8мм -
- 1,9мм -
Испытываемые видеокамеры отличаются фокусным расстоянием объектива. У камер с объективами 3,6 и 1.9мм одинаковый размер матрицы 1/2.9 дюйма, у камеры с объективом 2,8 матрица чуть больше - 1/2.7". И разрешение у всех камер 2 Мп.
Все видеокамеры разместили на высоте около 2 метров напротив "испытательной" стены в нашем офисе. Обзор камер выровняли по центру, чтобы лучше оценить разницу в ширине угла поля зрения. Было сделано по одному снимку для каждой из трех следующих камер:
Угол обзора видеокамеры с объективом 3,6мм:
C фокусным расстоянием 3.6 мм. Видны 2 крайних кресла менеджеров и часть правой стены. Угол поля зрения приблизительно равен 73°.
Угол обзора видеокамеры с объективом 2.8мм:
С фокусным расстоянием 2.8 мм. Теперь в кадре видно приблизительно на 2 м больше -часть правой витрины и окно слева. С этой видеокамерой угол обзора увеличился до 89°.
Угол обзора видеокамеры с объективом 1.9мм:
С фокусным расстоянием 1.9 мм. По скриншоту видно, что у этой камеры в кадр уже попадают обе витрины и даже часть дверного проема торгового зала. Угол обзора у нее достигает 109°.
Более наглядно это можно представить таким образом:
У видеокамер с небольшим углом поля зрения выше плотность пикселей, а значит лучше детализация изображения. Многим будет достаточно такой ширина обзора, поэтому такие камеры остаются популярными в видеонаблюдении. В случае необходимости захватить больший участок для наблюдения, потребуется камера с более широким углом обзора.
Расчёт углов обзора камер видеонаблюдения для всех 3-х случаев
a = 2arctg (d/2f) ,
a - угол обзора видеокамеры, в метрических градусах;
arctg - тригонометрическая функция (арктангенс);
d - ширина матрицы в миллиметрах;
f - эффективное фокусное расстояние объектива в миллиметрах;
Для 3,6мм, PN-IP2-B3.6 v. 2.6.3
а1=2*arctg(5,376мм/2*3,6) = 73 градуса
Для 2,8мм, ST-181 HOME 2,8
a2=2*arctg(5,47мм/2*2.8) = 89 градусов
Для 1,9мм, PNL-IP2-B1.9MPA v.5.5.2
а3=2*arctg(5.376мм/2*1,9) = 109 градусов
В табличной форме это будет выглядить так:
|
Объектив |
||
У любой камеры есть три параметра, которые тесно связаны между собой.
- размер матрицы (измеряется в дюймах, например: 1/2", 1/3", 1/4");
- фокусное расстояние (ФР) объектива (обозначается буквой f, указывается в мм);
- угол обзора (измеряется в градусах).
При широком угле обзора ФР будет маленьким.
Выбор угла обзора определяется задачами, которые ставят перед камерой. Если необходимо вести наблюдение за территорией большой площади, не выделяя конкретный объект, подойдет устройство с объективом 2,8-3,6 мм. Оптимальным считается угол в диапазоне от 70 до 140°.
Угол в 60° близок к углу обзора глаза человека. Такое значение считается средним. Устройства могут передать детализированную картинку при расположении объекта на расстоянии до 10 м.
Длиннофокусный объектив с обзором до 30° подходит для наблюдения за объектами, которые отдалены от пункта контроля на 20–70 м.
Зная размер матрицы, вычисляют ФР объектива по таким формулам:
f= h×S/Н или f= v×S/V
где h – размер матрицы по горизонтали.
- S – расстояние до объекта видеонаблюдения;
- H – величина объекта в горизонтальной плоскости;
- v – матрица по вертикали;
- V – величина объекта в вертикальной плоскости.
Чтобы было понятнее, приведем пример, как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения.
Есть здание с длиной фасада в 15 метров; удаленность объекта от точки наблюдения – 25 метров. Чтобы найти оптимальное расстояние камеры, подставляем в формулу, приведенную выше, известные значения, выбрав видеокамеру с матрицей 1/3″.
f= 4,8×25/15=7,99 мм.
Округляем в большую сторону (чтобы не потерять часть изображения) и получаем, что нам необходима камера на 8 мм.
Также можно воспользоваться готовыми таблицами расчета или бесплатными онлайн-калькуляторами.
Что еще нужно учесть
Все описанное выше, относится к камерам с фиксированным ФР. Иногда сложно определиться с размером участка, над которым нужно установить контроль. Бывает и иная ситуация: площадь зоны наблюдения меняется, то увеличиваясь, то сокращаясь. Тут мы рекомендуем устройство с вариофокальным объективом. В нем можно самостоятельно настраивать обзор. В отдельную категорию выделяют устройства, в которых можно менять ФР и ракурс наблюдения (варьируется в до 360° в горизонтальной плоскости и до 180° в вертикальной).
Диапазон ФР, как правило, варьируется от 2,8 до 50 мм. В некоторых моделях он бывает выше. При использовании вариофокальной оптики качество изображения не ухудшается в случае приближения/отдаления. Это возможно благодаря оптическому увеличению объектива.
Если угол необходимо менять, лучше выбрать камеру с моторизированным объективом, такие обычно применяются в поворотных камерах, также это избавит от необходимости физического переноса камеры.
Остались вопросы? Обращайтесь к сотрудникам Ivideon. Мы подскажем, как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения, определить зону, которая будет попадать в поле зрения оборудования или наоборот – подберем устройство для участка заданной площади.
