Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Варифокальные объективы с АРД с фокусным расстоянием от 3 до 8 мм

В рубрику "В центре внимания. Тесты " | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Варифокальные объективы с АРД с фокусным расстоянием от 3 до 8 мм

Тестирование проведено и предоставлено компанией DSSL

Объектив - одна из наиболее важных составляющих системы видеонаблюдения. Несмотря на постоянное развитие и миграцию систем к цифре, объективы все так же оказыва-I ют огромное влияние на качество изображения в сетевых видеокамерах, как и раньше в аналоговых и еще раньше в камерах с ЭОП. Одним из подвидов объектива является варифокаль-ный - объектив с переменным фокусным расстоянием, что позволяет менять угол обзора камеры непосредственно на месте установки. Такие объективы завоевывают все большую популярность. Хотя они и не являются дистанционно управляемыми, "ручные" варифокалы - отличный выбор для инсталлятора, который вместо набора объективов может взять с собой один, определив примерный диапазон фокусных расстояний для каждой камеры. Традиционно считается, что варифо-кальные объективы обладают худшей светосилой, и инсталляторы готовы поступиться этим значением в угоду удобству и скорости монтажа. Однако, как покажет наше тестирование, не все так плохо с параметрами этих объективов, как было раньше.

Испытания проведены с целью сравнения потребительских свойств представленных на тестирование объективов трех японских (Computar TG2Z3514FCS-2, Kawaden KV3308DIR, Tamron 13VG308AS), двух южнокорейских (Novus NVL-358D, Daiwon LV-3080D) и одного китайского (CNE CNE0358A) производителей с близкими заявленными характеристиками.

Испытания объективов проведены на установке, предназначенной для оценки и сравнения параметров и характеристик объективов, ТВ-камер, трактов обработки и линий передачи ТВ-сигнала в системах видеонаблюдения, разработанной специалистами ООО "БИК-Информ" (Санкт-Петербург), включающей в свой состав плату расширения для видеозахвата телевизионного изображения и специально разработанное программное обеспечение. Установка представляет собой упрощенную оптическую скамью, предназначенную для проведения сравнительной оценки качества оптики и изображений телевизионных камер методом сравнения контраста изображения на фиксированных пространственных частотах. Программное обеспечение позволяет осуществить вписывание изображения тест-объекта (испытательной таблицы), накопление необходимого количества кадров с целью минимизации шумов и помех, архивацию полученных изображений, расчет и измерение основных характеристик объективов. Основным назначением программного обеспечения является построение функции передачи модуляции (ФПМ, наименование на английском языке - modulation transfer functions (MTF)) по полученным в виде файлов изображениям с целью сравнения оптического качества объективов. ФПМ строится методом аппроксимации по четырем точкам изображения. Для этого стандартная телевизионная таблица ИТ-72 доработана путем введения на ее поле трех дополнительных штриховых мир, располагаемых по диагонали от центра к краю. Методика испытаний объективов максимально приближена к реальным условиям, не требует специального дорогостоящего оборудования, а результаты -графики кривых ФПМ понятны и наглядны. Испытания объективов проведены совместно с монохромной ТВ камерой формата 1/3" (Sony EXview HAD) высокого разрешения (разложение 752 х 582 элемента). Изображение установки приведено на рис. 1, изображение доработанной таблицы на рис. 2, а изображение интерфейса программного обеспечения на рис. 3.

Испытания проведены по методике, которая включает в себя четыре основных этапа:

  • внешний осмотр объектива, изучение его конструктивного исполнения, материала корпуса, механики регулировок фокусного расстояния и фокусировки, сопроводительной документации и заявленных производителем технических характеристик;
  • проверка основных, в том числе заявленных, оптических характеристик;
  • получение в электронном виде изображений тест-объекта в различных режимах работы объектива и построение на их основе функции передачи модуляции;
  • анализ характеристик, полученных в результате испытаний, и оценка потребительских свойств каждого из испытанных объективов путем сравнения их характеристик.

Несоответствия формата (размера) формируемого изображения (виньетирования) ни в одном из режимов не наблюдалось. Качество изготовления объектива характеризует такой показатель, как наличие посторонних предметов (волосков, стружки, крупинок и т.д.), а также качество нанесения смазки на подвижные части объектива. Этот показатель нами не проверялся, так как для этого необходимо набрать статистику - процент грязных объективов в выборке, а на тестирование было представлено по одному образцу.

Конструктивное исполнение регулировок фокусного расстояния и фокусировки во всех объективах предусматривает возможность фиксации их положения с помощью стопорных винтов. Диафрагма во всех испытанных образцах объективов выполнена одинаково и представляет собой две перемещаемые угловые шторки, в углах которых установлен нейтральный пленочный светофильтр, ограничивающий степень закрытия диафрагмы и увеличивающий диапазон диафрагменного числа. Значения величины относительного отверстия для крайних величин фокусного расстояния получены в результате их расчета относительно эталонного объектива, в качестве которого взят объектив с фиксированным фокусным расстоянием 12 мм с постоянным значением относительного отверстия F2.0 (без регулировки диафрагмы). Фокусные расстояния и углы обзора вычислены исходя из размеров видимой на экране монитора компьютера части тест-объекта (испытательной таблицы) и расстояния от нее до переднего фланца объектива при условии вписывания испытательной таблицы по вертикали. Из-за больших геометрических искажений получаемого изображения и неопределенности расположения узловой точки объектива полученные значения фокусных расстояний могут отличаться от заявленных значений. Геометрические искажения (дисторсия) определялись средствами программного обеспечения в процентах по величине отклонения изображения вертикальных и горизонтальных линий от вертикали и горизонтали соответственно на краю изображения относительно его размеров.

Кривизна поля изображения - аберрация (искажения) оптических систем, при которой резкое изображение плоского предмета лежит не на плоскости, а на искривленной поверхности. Ее проявление определяется методом поочередной фокусировки по центру и краю изображения при условии минимальной глубины резкости (при полностью открытой диафрагме). Если положения узла фокусировки при этом различны - имеет место кривизна поля изображения. В испытанных образцах объективов в крайних положениях фокусного расстояния кривизна поля проявилась незначительно.

Неравномерность освещенности по полю определяется при условии равномерной освещенности "белого поля" по всей площади. В качестве "белого поля" использована белая бумага. Неравномерность освещенности определяется в процентах по величине отклонения уровня видеосигнала на краях изображения белого поля относительно его уровня в центре изображения. Перед получением изображений для построения функции передачи модуляции при различных освещенностях испытательной таблицы наблюдалось "поведение" объектива при изменении освещенности в ее плоскости, а также реакция на инфракрасную засветку. При этом проверялось изменение четкости изображения и наличие ухода плоскости наилучшего изображения (фокальной плоскости). Объектив с явно выраженным эффектом "ухода плоскости наилучшего изображения (ПНИ)" при изменении освещенности не подходит для круглосуточного наблюдения. Падение четкости и уход ПНИ при ИК-засветке свидетельствует о значительной дисперсии (спектральной зависимости) примененных в объективе линз. При испытаниях объективов с целью получения функции передачи модуляции (ФПМ) сохранялись условия (режимы) их проведения - испытательная таблица, ее освещение, режим работы ТВ-камеры. При изменении интенсивности и спектрального состава осветителя испытательной таблицы положение ТВ-камеры не изменялось.

ФПМ описывает частотно-модуляционные характеристики объектива по полю получаемого изображения. Каждая кривая на ее графике описывает изменение глубины модуляции видеосигнала от центра к краю на определенной пространственной частоте относительно размаха черно-белого перепада в центре формируемого изображения. Нами выбраны частоты 250, 300, 400 и 500 ТВЛ, каждой из которых соответствует своя кривая. Чем выше расположена кривая и чем ближе она к горизонтальному положению, тем лучше оптические свойства объектива. Практика показала, что кривая, соответствующая определенной пространственной частоте, находящаяся ниже уровня 10%, говорит о том, что штрихи на этой пространственной частоте уже визуально неразличимы. В нижней части графиков ФПМ приводятся значения визуального разрешения (четкости) получаемого изображения.

    

Значения ФПМ на пространственных частотах 250, 300, 400 и 500 ТВЛ от центра к краю изображения определялись при освещенности телевизионной испытательной таблицы 15, 3000 лк, а также при ее освещении инфракрасным прожектором. Фокусировка объективов производилась при открытой диафрагме (при освещенности 15 лк). Дополнительная фокусировка объективов в процессе испытаний не производилась. Графики функции передачи модуляции для различных режимов освещения при минимальном и максимальном фокусном расстоянии приведены в табл. 2 и 3 соответственно. Совокупность графиков зависимости коэффициента передачи модуляции (КПМ) от пространственной частоты дает наглядное представление о величине контраста и четкости по всему полю изображения. Кривая "Ч/Б" описывает изменение контраста изображения от центра к краю, а кривые "250", "300", "400" и "500" - изменение четкости.

Изменение кривых функции передачи модуляции при изменении условий освещенности наблюдаемого тест-объекта описывает "поведение" объектива, то есть изменение качества получаемого изображения. Положение диафрагмы "Open" соответствует освещенности в плоскости испыта -тельной таблицы около 15 лк. Положение диафрагмы "F16" соответствует освещенности в плоскости испытательной таблицы около 3000 лк. В качестве источника инфракрасного излучения использованы два инфракрасных прожектора ПИК-23 с длиной волны 870 нм.

Daiwon LV-3080D (Ю. Корея)

Объектив сопровождается этикеткой на русском языке с указанием его основных характеристик, производителя и содержит инструкцию по настройке. Корпус объектива металлический, длина и масса больше, чем у других тестируемых объективов. Качество сборки хорошее, регулировка фокусного расстояния и фокусировки легкая с демпфирующей смазкой. Заявленный диапазон рабочих температур объектива от -10 до +50 °С. Диапазон регулировки фокусных расстояний больше заявленного производителем и самый широкий в тесте - от 2,8 до 8 мм. Углы обзора близки к заявленным значениям. Светосила имеет значения типовые для рассматриваемых объективов. Реакция на засветку лампой накаливания не отличается от реакции других испытанных объективов. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Геометрические искажения формируемого объективом изображения на коротком фокусе несколько больше, а на длинном меньше средних значений, полученных в тесте. Кривизна поля не наблюдается. Как видно из графиков ФПМ объектива, четкость изображения в центре во всех режимах самая высокая в тесте: на коротком фокусе на уровне 600 ТВЛ, а на длинном 550 ТВЛ. Однако на коротком фокусе на краях изображения четкость низкая - около 400 ТВЛ. На длинном фокусе четкость изображения по всему полю практически постоянна. При диафрагмировании и инфракрасной засветке четкость изображения немного снижается, но остается на высоком уровне. Объективы также выпускаются в пластиковом корпусе черного, светло-серого (Ivory) и серебристого исполнения.

СМЕ CNE03 58A

Объектив сопровождается этикеткой на русском языке с указанием его основных характеристик, производителя и содержит инструкцию по настройке. Корпус объектива металлический, длина и масса больше, чем у других тестируемых объективов. Качество сборки хорошее, регулировка фокусного расстояния и фокусировки легкая с демпфирующей смазкой. Заявленный диапазон рабочих температур объектива от -10 до +50 °С. Диапазон регулировки фокусных расстояний больше заявленного производителем и самый широкий в тесте - от 2,8 до 8 мм. Углы обзора близки к заявленным значениям. Светосила имеет значения типовые для рассматриваемых объективов. Реакция на засветку лампой накаливания не отличается от реакции других испытанных объективов. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Геометрические искажения формируемого объективом изображения на коротком фокусе несколько больше, а на длинном меньше средних значений, полученных в тесте. Кривизна поля не наблюдается. Как видно из графиков ФПМ объектива, четкость изображения в центре во всех режимах самая высокая в тесте: на коротком фокусе на уровне 600 ТВЛ, а на длинном 550 ТВЛ. Однако на коротком фокусе на краях изображения четкость низкая - около 400 ТВЛ. На длинном фокусе четкость изображения по всему полю практически постоянна. При диафрагмировании и инфракрасной засветке четкость изображения немного снижается, но остается на высоком уровне. Объективы также выпускаются в пластиковом корпусе черного, светло-серого (Ivory) и серебристого исполнения.

Computar TG2Z3514FCS-2 (Япония)

Объектив от фирмы CBC (AMERICA) Corp., продукция которой известна под маркой Computar. На Web-сайте производителя объектив позиционируется как "день/ночь". Маркировка объектива свидетельствует о том, что он изготовлен на производственном подразделении фирмы, расположенном в Японии. Объектив имеет самую подробную инструкцию на английском и японском языках, совмещенную на несколько моделей с указанием адресов представительств фирмы в различных регионах мира. Конструкция объектива продумана до мелочей -стопорные винты, например, крепятся через армирующие пластины, а не вворачиваются прямо в пластик. Корпус объектива выполнен из пластика с армированием металлическими конструктивными элементами. Сборка без нареканий - регулировки в меру тугие и плавные. Работа с объективом вызывает положительные эмоции. На объектив заявлена самая низкая рабочая температура, что подразумевает высокое качество исполнения его механических узлов. Измеренный диапазон фокусных расстояний несколько ниже заявленных значений и смещен в сторону минимальных значений, угол обзора на коротком фокусе меньше заявленного. Величина относительного отверстия (светосила) во всем диапазоне фокусов выше заявленной. При пересвечивании ТВ-камеры близко расположенной лампой накаливания диапазона регулировки диафрагмы хватало. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Проявления кривизны поля в крайних положениях регулировки фокусного расстояния практически нет. Кривые ФПМ объектива показывают не лучшие, но относительно высокие характеристики. В положении диафрагмы "Open" при минимальном фокусном расстоянии видно, что четкость изображения в центре довольно высока - глубина модуляции видеосигнала на пространственной частоте, соответствующей 250 ТВЛ, составляет 80% от величины размаха черно-белого перепада, а на частоте, соответствующей 500 ТВЛ, - 15%. При этом уверенно просматриваются 550 ТВЛ. Однако на краю изображения четкость составляет 300-350 ТВЛ, причем глубина модуляции видеосигнала на простраственной частоте, соответствующей 250 ТВЛ, составляет около 17% от размаха черно-белого перепада, а на частоте, соответствующей 500 ТВЛ, - менее 5%. Отметим, что такое падение четкости характерно для большинства объективов с неисправленной геометрией при фокусном расстоянии порядка 3 мм. При диафрагмировании кривые немного опустились, что свидетельствует о некотором снижении четкости. Визуально такое изменение мало заметно. При инфракрасной засветке кривые в центре "опустились" еще ниже, с тенденцией "выравнивания" по горизонтали. Четкость в центре снизилась до 500 ТВЛ. В целом поведение объектива можно характеризовать как "хорошее" при диафрагмировании и как "удовлетворительное" при ИК-засветке. Субъективное визуальное восприятие качества изображения характерно для его центральной области, где объективы Computar имеют наилучшую четкость.

На максимальном фокусном расстоянии, имеющем значение близкое к 8 мм, графики ФПМ повторяют поведение на коротком фокусе.

Kawaden KV3308DIR (Япония)

Маркировка объектива сообщает о том, что он изготовлен в Японии, но на каких производственных мощностях - неизвестно. Объектив имеет инструкцию на английском языке, совмещенную на несколько моделей (без указания адреса фирмы), в которой не указаны оптические характеристики, кроме диапазона фокусных отверстия. Более подробная информация об его характеристиках была найдена на Web-сайте производителя. Конструкция объектива добротная, его габаритные размеры и масса мало отличаются от объектива Computar. Корпус объектива пластмассовый с применением металлических элементов - резьбовое крепление металлическое. Качество сборки хорошее, механические узлы регулировки без демпфирующей смазки. Максимальное значение фокусного расстояния ниже заявленного значения, угол обзора на коротком фокусе меньше заявленного. Величина относительного отверстия (светосила) соответствует заявленной и является типовой в тесте. Диапазона регулировки диафрагмы хватает для компенсации засветки ТВ-камеры лампой накаливания. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Геометрические искажения формируемого объективом изображения самые низкие в тесте. Кривизна поля не проявляется. Кривые ФПМ объектива показывают самые стабильные характеристики. В положении диафрагмы "Open" при минимальном фокусном расстоянии видно, что глубина модуляции видеосигнала на пространственной частоте, соответствующей 250 ТВЛ, средняя и составляет немногим более 50% от величины размаха черно-белого перепада, а на частоте, соответствующей 500 ТЛВ, - около 15%. При этом в центре уверенно просматриваются ТВЛ с частотой 550. Четкость на краю изображения составляет от 400 до 450 ТВЛ. При диафрагмировании четкость изображения не меняется. При инфракрасной засветке кривые на краю даже приподнялись. Четкость в центре снизилась до 520 ТВЛ. На максимальном фокусном расстоянии характеристики остаются стабильными, а четкость в центре и на краю изображения становится практически одинаковой. В целом поведение объектива можно характеризовать как "отличное" при диафрагмировании и при ИК-засветке. Следует отметить, что объектив Kawaden в своем обозначении имеет индекс IR, свидетельствующий о наличии так называемой "инфракрасной коррекции" его оптики. IR-коррекция увеличивает четкость изображения наблюдаемого объекта при изменении спектрального состава источника его освещения. Заявляемый производителем диапазон длин волн света, в котором способен работать объектив, - от 400 до 900 мкм. Участие этого объектива (с инфракрасной коррекцией) в тесте не совсем корректно.

Tamron 13VG308AS (Япония)

Объектив сопровождается довольно объемной инструкцией на несколько моделей объективов на английском языке, с указанием адреса фирмы. Конструкция объектива добротная, выполнена полностью из пластика. Габариты объектива позволяют назвать его самым компактным в тесте. Качество сборки хорошее, регулировка фокусного расстояния и фокусировки легкая, с демпфирующей смазкой. Объектив изготовлен с применением асферических линз, о чем свидетельствует индекс AS в его обозначении, и как следствие - высокая светосила. Величина относительного отверстия на коротком фокусе составила 1/F0.9 - это лучший результат в тесте. Заявленный диапазон рабочих температур свидетельствует о высоком качестве механики.

Диапазон фокусных расстояний и величина относительного отверстия полностью соответствуют заявленным значениям. Угол обзора при минимальном фокусном расстоянии значительно меньше заявленного. Степени закрытия диафрагмы вполне хватает для "отработки" экстремальной засветки ТВ-камеры лампой накаливания. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Геометрические искажения формируемого объективом изображения самые большие в тесте. Кривизна поля не проявляется. Объектив отличается тем, что имеет, пожалуй, самые нестабильные характеристики. При минимальном значении фокусного расстояния при полностью открытой диафрагме четкость изображения довольно высокая, с равномерным распределением по полю - на уровне 550 ТВЛ. Однако при диафрагмировании контраст изображения на пространственной частоте 250 ТВЛ на краю резко падает.

При инфракрасной засветке кривые ФПМ на пространственной частоте 250 ТВЛ опустились на неприемлемый уровень около 20%. На максимальном фокусном расстоянии при открытой диафрагме кривые почти горизонтальны и находятся на достаточно высоком уровне. При диафрагмировании и при ИК-засветке четкость изображения катастрофически падает. В целом поведение объектива на длинном фокусе можно охарактеризовать как "плохое" и при диафрагмировании, и при ИК-засветке. К достоинствам объектива можно отнести высокий контраст формируемого им изображения. Хочется отметить, что у этого производителя имеется аналогичный объектив, но с индексом IR, то есть с "инфракрасной коррекцией" его оптики, поведение которого существенно отличается в лучшую сторону. Но в данном тесте данный продукт участия не принимал.

NovusNVL-358D (Польша)

Объектив сопровождается этикеткой на семи языках без указания каких-либо характеристик, адреса и даже названия производителя. Конструкция объектива добротная, выполнена из пластика с металлическими элементами. Качество сборки хорошее, регулировка фокусного расстояния и фокусировки легкая, с демпфирующей смазкой. Величина относительного отверстия на длинном фокусе самая большая в тесте - 1/F1,4. Диапазон рабочих температур объектива производителем умалчивается. Диапазон фокусных расстояний и угол обзора полностью соответствуют заявленным значениям. Реакция на засветку лампой накаливания не отличается от реакции других испытанных объективов. Виньетирование во всем диапазоне фокусных расстояний не замечено. Геометрические искажения формируемого объективом изображения - без заметных отклонений от средних значений, полученных в тесте. Кривизна поля себя не проявляет. При полностью открытой диафрагме четкость изображения в центре в крайних положениях регулировки фокусного расстояния одна из самых высоких в тесте - на уровне 600 ТВЛ. Однако при диафрагмировании четкость изображения существенно падает (до 470-500 ТВЛ). В то же время глубина модуляции остается на вполне приемлемой для видеонаблюдения величине. При инфракрасной засветке поведение объектива аналогично его поведению при диафрагмировании. В целом характеристики объектива можно оценить как "вполне приличные", а объектив отнести к категории "добротных".

Выводы

По причине большого количества факторов, которые приходится учитывать при сравнении ФПМ, а следовательно, оптических характеристик объективов, отдать предпочтение какой-то модели объективов сложно. По нашей субъективной оценке, сложившейся в процессе испытаний, которая в большинстве случаев подтверждается практическими результатами, можно распределить объективы по группам: 1-я группа - объективы от Computar и от Kawaden, отличающиеся продуманностью конструкции, высоким японским качеством изготовления механики, а следовательно, надежностью, минимальными габаритами и весом, хорошим и даже отличным (относится к объективу Kawaden) поведением.

2-я группа - объективы Daiwon и Novus. Объектив от Daiwon отличается большими габаритами и весом, средним качеством изготовления, хорошим поведением и отличной четкостью формируемого изображения. Объектив от Novus имеет средние показатели как по качеству изготовления, так и формируемого изображения, худшую (хотя и полностью соответствующую паспортным данным) светосилу на длинном фокусе, отличное разрешение при открытой диафрагме, но не самое лучшее поведение при диафрагмировании, а также вполне удовлетворительное при инфракрасной подсветке. 3-я группа - объективы Tamron и CNE. Объектив от Tamron отличается минимальными размерами и массой, лучшей в тесте светосилой на коротком фокусе, хорошим качеством изготовления, лучшим распределением четкости по полю, плохим поведением при диафрагмировании и очень плохим при инфракрасной засветке. Объектив от CNE отличается нестандартной величиной заднего отрезка, средним качеством изготовления и самым плохим поведением при диафрагмировании и инфракрасной засветке. В ИК-диапазоне изображение двоится. Таким образом, зная ФПМ объективов в различных режимах освещенности, можно дать рекомендации потребителю по их применению или нежелательному использованию в конкретных условиях.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2006
Посещений: 17950

В рубрику "В центре внимания. Тесты " | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций