[ журнал «ProSystem CCTV», № 6, ноябрь-декабрь 2007 г. ]

Версия для печати

Тестирование варифокальных объективов

В данное тестирование вошли две группы варифокальных объективов с автоматической регулировкой диафрагмы. К первой относятся объективы с фокусными расстояниями 3.5-8 мм (Avenir TVSD0358-4DNJ, Computar TG2Z3514FCS-2, Pentax TS2V314CED), ко второй – с фокусными расстояниями 3-8 мм (Fujinon YV2.7x2.9LR4D-SA2L, Pentax TS3V310ED, SpaceCom SIRIUS TAV308DC). Помимо фокусных расстояний у них есть и другие отличия. Например, объективы из группы 3-8 мм имеют асферические линзы, применение которых теоретически позволяет улучшить качество изображения и снизить сферические аберрации. Также следует отметить, что эти объективы являются более светосильными и могут также применяться на камерах класса «день/ночь» с использованием ИК-подсветки. При этом не требуется осуществлять перефокусировку изображения, что часто называется ИК-коррекцией. Результаты тестирования наглядно демонстрируют, что представляет собой подобная коррекция, как она сказывается на характеристиках объектива в видимом диапазоне длин волн.

ОБЪЕКТИВ COMPUTAR TG2Z3514FCS-2
Подразделение Optronics Division широко известной компании СВС предлагает под маркой Computar широкий спектр различных объективов для видеонаблюдения. Оборудование СВС успешно себя зарекомендовало, о чем говорит высокая популярность марки Computar.

Из маркировки данного объектива следует, что он рассчитан на оптический формат 1/3", кратность увеличения равна двум, минимальное фокусное расстояние составляет 3.5 мм, при этом знаменатель максимального относительного отверстия диафрагмы составляет 1.4.

Графики ЧКХ, полученные на телекамере SDU274 с данным объективом при разных фокусных расстояниях, заметно отличаются друг от друга.

Computar TG2Z3514FCS-2
Оптический формат	1/3"
Фокусное расстояние	3.5-8 мм
Относительное отверстие	F1.4-360
Крепление	CS
Дополнительно	возможность применения в ИК-диапазоне
Расстояние до предметной плоскости	0.4 м - бесконечность
Ток потребления	макс. 32 мА
Цена	71 USD
Сделано в Японии
Предоставлен компанией «АРМО-Системы»

Для фокусного расстояния 3.5 мм характерно низкое разрешение на краях изображения, что особенно бросается в глаза при достаточно высоком разрешении в центре. Примечательно, что на фокусном расстоянии 8 мм высокое значение коэффициента передачи контраста сохраняется на высоких пространственных частотах, соответствующих 600 ТВ-линиям. При этом и соотношение разрешающей способности центр/край не такое высокое, что является несомненным достоинством объектива. По осциллограмме полученной с фокусным расстоянием 3.5 мм можно приблизительно оценить реальный эффективный угол обзора объектива. Если производителем в спецификациях приведен горизонтальный угол обзора 77.6° для минимального фокусного расстояния, то снижение КПК в два раза на мире 300 ТВЛ происходит уже в пределах угла обзора 47°.

Характер снижения разрешающей способности по всему полю изображения явно несимметричен. Увеличенные фрагменты изображения концентрических колец с постоянной толщиной, соответствующей 500 ТВ-линиям, показывают, что достаточно большая область передается со значительным снижением КПК. Компенсировать такой дефект можно, используя телекамеру, на которой регулировка заднего фокуса осуществляется поворотом кольца, в котором крепится объектив. Таким образом, его можно сориентировать так, чтобы та часть, где изображение заплывает, оказалась сверху или снизу. Поскольку вертикальный угол обзора меньше, заметность этого дефекта снизится.

Оценить хроматические аберрации можно по следующим результатам измерений. При фокусном расстоянии 3.5 мм наибольшим значениям КПК на мире 400 ТВЛ на длинах волн 440 и 640 нм соответствуют различные положения кольца фокусировки. Если сфокусировать изображение на длине волны 440 нм, а потом оценить изображение на длине волны 640 нм, то значение КПК упадет с 0.51 до 0.32, т.е. будет иметь место заметная расфокусировка.

Обращая внимание на осциллограмму миры с плавно возрастающей частотой, полученную с помощью телекамеры Bosch LTC 0385, нельзя не отметить относительно высокие значение коэффициента передачи модуляции на высоких частотах. Этой осциллограмме соответствует полностью открытая диафрагма и фокусное расстояние 8 мм. С уменьшением относительного отверстия диафрагмы на 4-5 диафрагменных чисел коэффициент передачи контраста в центре снижается с 0.55 до 0.33, зато соотношение разрешающей способности центр/край также снижается с 2.39 до 1.74, т.е. четкость изображения становится более равномерной по всему полю изображения.

В общем, относительно объектива Computar TG2Z3514FCS-2 можно сказать следующее. При фокусном расстоянии 8 мм он обеспечивает достаточно высокое разрешение в центре и хорошее соотношение разрешающей способности в центре и по краям изображения. Вероятно, более тщательное исправление хроматических аберраций позволило бы получить еще более высокое разрешение. При небольшом диафрагмировании происходит потеря КПК, поэтому этот объектив лучше устанавливать на те телекамеры, на которых компенсация избыточной освещенности сначала осуществляется за счет электронного затвора, а только потом автодиафрагмой. При фокусном расстоянии 3.5 мм следует иметь в виду, что только около 60% от полного угла обзора будет передаваться с более или менее приемлемым разрешением. Также нельзя не обратить внимания на замыливание одного края изображения. Данный объектив можно использовать для работы и в инфракрасном диапазоне, но при этом потребуется заново осуществлять фокусировку изображения. Стоимость объектива Computar TG2Z3514FCS-2 составляет 71 доллар. 

ОБЪЕКТИВ FUJIIUON YV2.7X2.9LR4D-SA2L
Ассортимент объективов Fujinon для систем видеонаблюдения впечатляет своим многообразием. Выбранная для данного тестирования модель отличается, прежде всего, использованием асферических линз, благодаря чему возрастает разрешающая способность объектива.

Отвечая потребностям современного рынка систем безопасности, этот объектив, как следует из его описания, обладает исправленными хроматическими аберрациями вплоть до длин волн 1000 нм.

Чтобы оценить эффективность применения этого объектива для телекамер класса «день/ночь», частотно-контрастные характеристики были сняты не только в видимом диапазоне длин волн от 400 до 700 нм, но и в ближней ИК-области (835 нм). Напоминаем, что первоначально фокусировку мы осуществляем в видимом диапазоне, а затем устанавливаем фильтр с пропусканием на длине волны 835 нм.

FUJIIUON YV2.7X2.9LR4D-SA2L
Оптический формат	1/3"
Фокусное расстояние	2.9-8.0 мм
Относительное отверстие	F0.95 - Т360 (эквивалентно F360)
Крепление	CS
Расстояние до предметной плоскости	0.4 м - бесконечность
Ток потребления	макс. 32 мА
Дополнительно	Day&Night, Асферичные линзы
Цена	68 USD
Сделано в Китае
Предоставлен компанией «АРМО-Системы»

Такое измерение наглядно демонстрирует точность ИК-коррекции объектива. Из графиков для фокусного расстояния 2.9 мм видно, что разрешающая способность в ближней ИК-области не хуже, чем в диапазоне 400-700 нм, а на штриховой мире 400 ТВЛ КПК в ближней ИК-области даже превысил КПК в видимом диапазоне на 15%. Примечательно, что при фокусном расстоянии 8 мм разрешающая способность в центре такая же, как и при фокусном расстоянии 2.9 мм, а по краям даже лучше. Осциллограммы штриховой миры 300 ТВЛ показывают симметричное распределение КПК при фокусном расстоянии 2.9 мм по горизонтали при данной ориентации объектива. Более того, при минимальном фокусном расстоянии на штриховой мире 300 ТВЛ в пределах угла обзора 65° КПК не опускается ниже 50% от максимального значения в центре как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне длин волн. Распределение КПК в заданном сечении при фокусном расстоянии 8 мм хотя и обладает некоторой несимметричностью, но его равномерность это компенсирует. Напоминаем, что эти осциллограммы демонстрируют характер снижения разрешающей способности, а не ее абсолютное значение.

Результаты, полученные с фокусным расстоянием 2.9 мм, не могут не удивить. Получить такое высокое значение КПК на длине волны 440 нм мы не ожидали. Тем не менее, будучи сфокусированным для длины волны 640 нм, у этого объектива КПК на длине волны 440 нм падает в 3 раза. Те же измерения на фокусном расстоянии 8 мм продемонстрировали значительное влияние хроматических аберраций. Сфокусировавшись в коротковолновой области видимого диапазона длин волн, на более длинных волнах мы получаем практически полное замыливание изображения, при фокусировке в длинноволновой области видимого диапазона наблюдается аналогичная картина. Как видим, ИК-коррекция без ущерба для видимого диапазона не прошла.

Уменьшение относительного отверстия диафрагмы на 4-5 диафрагменных чисел положительно отразилось на разрешающей способности. Коэффициент передачи контраста на штриховой мире с пространственной частотой, соответствующей 400 ТВЛ, вырос с 0.52 до 0.72 в центре изображения. Однако соотношение разрешающей способности в центре и на краях улучшилось незначительно. Если при полностью открытой диафрагме оно составляло 2.60 (0.52/0.20), то при диафрагмировании оно оказалось равным 2.48 (0.72/0.29). Впрочем, так как в целом разрешение улучшилось, это абсолютно некритично.

Подводя предварительные итоги по объективу Fujinon YV2.7x2.9LR4D-SA2L, обращаем внимание на то, что он действительно обладает хорошей ИК-коррекцией. Как при минимальном, так и при максимальном фокусных расстояниях разрешающая способность оказалась одинаково высокой и в видимом, и в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. На минимальном фокусном расстоянии 2.9 мм объектив обладает приемлемым коэффициентом передачи контраста в достаточно широком угловом поле (60°) не только в видимом диапазоне 400-700 нм, но и при длине волны 835 нм. Кроме того, при этом фокусном расстоянии в видимом диапазоне вполне удовлетворительно исправлены хроматические аберрации, чего, к сожалению, нельзя сказать и для фокусного расстояния 8 мм. При обоих фокусных расстояниях на мире 600 ТВЛ были получены приемлемые значения коэффициента передачи контраста для центра изображения, т.е. около 0.30. Стоимость этого объектива составляет 68 долларов. 

SPACECOM SIRIUS TAV308DC
Обозначение объективов SpaceCom характерно тем, что объективам присваиваются не просто цифро-буквенные сокращения, где зашифрованы их основные технические характеристики, но и дополнительное осмысленное название, т.е. имена имеют еще и линейки объективов. Например, данный объектив относится к линейке Sirius. Такой подход позволяет проще ориентироваться в широком ассортименте объективов. В качестве особенности варифокальных объективов SpaceCom обязательно следует отметить наличие шкалы, на которой отмечены соответствующие значения фокусного расстояния. Регулировка фокусного расстояния этого объектива может осуществляться в пределах от 3 до 8 мм. Максимальное относительное отверстие составляет 1/0.95, так что этот объектив относится также и к классу светосильных. Как и другие участники данного тестирования, объектив Sirius TAV308DC рассчитан на работу с телекамерами с оптическим форматом фотоприемника 1/3".

SPACECOM SIRIUS TAV308DC
Оптический формат	1/3"
Фокусное расстояние	3.0 - 8.0 мм
Относительное отверстие	F0.95 - Т360
Крепление	CS
Расстояние до предметной плоскости	0.3 м - бесконечность
Ток потребления	макс. 32 мА
Дополнительно	Day&Night, асферические линзы
Цена	49 USD
Сделано в Японии
Предоставлен компанией «АРМО-Системы»

Результаты измерений разрешающей способности при минимальном и максимальном фокусных расстояниях заметно отличаются друг от друга. В частности, при фокусном расстоянии 3 мм нельзя не отметить высокое разрешение в центре изображения для видимого диапазона волн (400-700 нм). Однако при переходе в ближний инфракрасный диапазон с сохранением той же фокусировки значение КПК даже на невысоких пространственных частотах (200 ТВЛ) сильно снижается. Разрешающая способность на самом краю изображения также оставляет желать лучшего. Несколько отличная от этого картина наблюдается при фокусном расстоянии 8 мм. Максимальное разрешение в центре изображения для видимого диапазона длин волн снизилось (на штриховой мире 600 ТВЛ более чем в два раза), зато в инфракрасном диапазоне (на длине волны 835 нм) значения КПК на соответствующих пространственных частотах мало отличаются от соответствующих значений для диапазона длин волн 400-700 нм. При этом разрешающая способность по краям изображения немного улучшилась.

Если обратиться к осциллограммам штриховых мир 300 ТВЛ длиной во всю строку, то для видимого диапазона длин волн следует отметить симметричность распределения коэффициента передачи контраста при данной ориентировке объектива. При минимальном фокусном расстоянии 3 мм влияние хроматических аберраций сведено к минимуму, в то время как при фокусном расстоянии 8 мм нельзя одинаково хорошо сфокусироваться одновременно в коротковолновой и длинноволновой области видимого диапазона длин волн.

Уменьшение относительного отверстия диафрагмы на 4-5 диафрагменных чисел приводит к снижению разрешающей способности. Если сравнивать КПК на штриховой мире 400 ТВЛ при полностью открытой и частично закрытой диафрагме, то при диафрагмировании он снизится в два раза, но в то же время возрастает разрешающая способность по краям. В результате будет иметь место снижение соотношения разрешения по центру и по краю до 1.33.

Обобщая результаты тестирования объектива Sirius TAV308DC, еще раз укажем на его характерные особенности. Несмотря на то, что этот объектив предназначен для задач видеонаблюдения в широком диапазоне длин волн (как в видимом, так и в ближнем инфракрасном спектре) с максимальным углом обзора он этого сделать не может. С небольшими огрехами объектив еще может работать в широком диапазоне длин волн при максимальном фокусном расстоянии 8 мм. Также здесь наблюдается связь между хроматическими аберрациями в пределах видимого диапазона длин волн для фокусных расстояний 3 и 8 мм и точностью ИК-коррекции для тех же фокусных расстояний. Когда влияние хроматических аберраций в диапазоне 400-700 нм сведено к минимуму, говорить об ИК-коррекции не приходится, и, наоборот, когда ИК-коррекция даже с небольшими ошибками присутствует, хроматические аберрации в видимом диапазоне длин волн требуют исправления. Стоимость объектива Sirius TAV308DC составляет 49 долларов.

Публикуется с сокращениями.

Подробная техническая информация и цены на варифокальные объективы Computar TG2Z3514FCS-2, Fujinon YV2.7x2.9LR4D-SA2L, SpaceCom SIRIUS TAV308DC приведены в подразделе «варифокальные объективы» каталога CCTV. Для получения дополнительной информации на варифокальные объективы Computar, Fujinon, SpaceCom, обращайтесь по эл. почте armosystems@armo.ru или по телефонам: (495) 787-3342, 937-9057 к менеджерам отдела продаж компании «АРМО-Системы», являющейся официальным российским дистрибьютором оборудования Computar, Fujinon, SpaceCom, либо в региональные офисы «АРМО».