ویژگی ­های لنز و حسگر دوربین

ویژگی ­های لنز و حسگر دوربین

حسگر دوربین در ابعاد مختلفی ساخته می­شود و هماهنگی بین ابعاد لنز و ابعاد آن بسیار حیاتی است. لنزها به شکلی طراحی می­شوند که با این ابعاد سازگاری داشته باشند از لنزهای مخصوص حسگرهای 1/2 اینچی می­توان برای حسگرهای 3/2ـ1/1 و 1/4 اینچی استفاده کرد، اما همین لنز برای حسگرهای 2/3 اینچی مناسب نیست. در صورتی که از لنز مخصوص حسگرهای کوچک برای حسگرهای بزرگ استفاده شود، لنز کاملاً درون دوربین قرار می­گیرد و لبه­های تصویری سیاه می­شود. در حالت دیگر اگر لنز مخصوص حسگرهای بزرگ برای حسگرهای کوچک استفاده شود، تصویر بخشی از صحنه در بیرون حسگر تشکیل می­شود و به همین دلیل اطلاعات این بخش صحنه از بین می­رود (میدان دید دوربین از ظرفیت لنز کوچکتر می­شود) در این وضعیت فاصله کانونی مضربی از عدد یک است و به نظر می­رسد تمام اجسام درون صحنه بزرگنمایی شده­اند. در صورت ثابت نگه داشته شدن وضوح تصویر برای همان لنز، بزرگنمایی صحنه با استفاده از حسگرهای کوچکتر بیشتر می­شود. برای لنزهای فاصله کانونی ثابت باید از حسگرهایی با ابعاد مشابه یا کوچکتر استفاده گردد تا از شکستگی تصویر و تاریک شدن آن جلوگیری شود.
سرعت اپتیکی
سرعت اپتیکی قابلیت لنز در جمع آوری (میزان جمع آوری و ارسال پرتوهای نوری به حسگر دوربین) است. سرعت اپتیکی لنز به وسیله شاخصه (F/#) تعریف می­شود و به آن اف ـ استاپ نیز گفته می­شود. همزمان با افزایش طول فاصله کانونی (FL) لنز برای ثابت نگه داشتن سرعت اپتیکی باید قطر دریچه دیافراگم (D) نیز افزایش یابد. اندازه سرعت اپتیکی متناسب با فاصله کانونی و قطر لنز (قطر دریچه دیافراگم) است و به وسیله زیر محاسبه می­گردد :

دریچه دیافراگم

میزان نور عبوری از لنز با تنظیم قطر دریچه دیافراگم تغییر می­کند. با افزایش قطر دریچه دیافراگم نور بیشتری از آن عبور می­کند. به همین دلیل برای نور محیطی بسیار کم لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم بزرگ بهترین گزینه هستند. برای داشتن بهترین کیفیت تصویر باید بهینه­ترین میزان پرتوی نوری از لنز عبور کند، به عنوان مثال اگر میزان نور عبوری از لنز خیلی کم باشد، تصویر نهایی بیش از حد درخشان می­شود. میزان نور دریافتی حسگر دوربین توسط دو عامل 1)میزان باز بودن دریچه دیافراگم 2)زمان نوردهی تعیین می­شود. زمان نوردهی، مدت زمان در معرض نور قرار گرفتن حسگر می­باشد. حسگر دوربین، با افزایش زمان نوردهی نور بیشتری دریافت می­کند. به همین دلیل زمان نوردهی در محیط­های پر نور باید کوتاه­تر و در محیط­های کم نور باید طولانی­تر باشد. سطح نوردهی کوتاه با حالت دریچه دیافراگم تنگ و زمان نوردهی طولانی برابر است. البته باید به این نکته مهم توجه شود که با طولانی­تر شدن زمان نوردهی، امکان مات شدگی اجسام متحرک بیشتر می­شود و هر چقدر دریچه دیافراگم بازتر شود، عمق میدان دید کاهش می­یابد. از طرف دیگر تقویت سیگنال (تنظیم حساسیت نوری یا تقویت حسگر دوربین) بر نوردهی تأثیر گذاشته و باعث افزایش سطح نویز در تصویر می­شود. زمان نوردهی در دوربین­های معمولی توسط دریچه دیافراگم کنترل می­شود اما در دوربین­ دیجیتال و شبکه از دریچه دیافراگم استفاده نمی­شود و تنظیم زمان نوردهی توسط حسگر دوربین و به صورت الکترونیکی انجام می­شود. لنزهای دارای دریچه دیافراگم دستی در محیط­های داخل ساختمانی با سطح روشنایی ثابت استفاده می­شوند و دریچه دیافراگم آنها از طریق حلقه روی لنز تنظیم شده و یا روی یک سرعت اپتیکی خاص قرار داده می­شود. لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم خودکار در مکان­هایی که سطح روشنایی آنها همواره متغیر است یا خارج ساختمانی استفاده می­شود. پردازنده دوربین مداربسته با توجه به تغییرات روشنایی از طریق جریان HD استاندارد دریچه دیافراگم را کنترل و باز و بسته می­کند.

#/f

با کوچکتر شدن سرعت اپتیکی توانایی لنز در جمع آوری نور بیشتر می­شود و در نتیجه با افزایش نور، کیفیت و وضوح تصاویر افزایش می­یابد. شاخصه (#/f) شباهت زیادی به فلوی آب عبوری از لوله دارد، یعنی اگر بسرعت اپتیکی نصف شود (یعنی قطر لنز دو برابر شود) میزان نوری عبوری از لنز چهار برابر می­شود، به عنوان مثال میزان نوری عبوری از لنز f/2/0 چهار برابر لنز f/4/0 است. مقدار واقعی سرعت اپتیکی در عمل با وجود تلفات ناشی از ایده­آل نبودن لنز و وجود خصوصیاتی نظیر بازتاب نور، جذب نور و دیگر نواقص ذاتی لنز از میزان محاسبه شده در رابطه بالا کمتر می­شود.
میزان نور دریافتی حسگر (I) از طریق رابطه زیر بدست می­آید (ضریب ثابت K =) استفاده از لنزهایی با سرعت اپتیکی کمتر برای صحنه­های تاریک توصیه می­شود و برای داشتن #/fهای کوچکتر طبق رابطه بالا فاصله کانونی لنز باید بلندتر شود. این لنزها اگرچه سریعتر هستند و نور بیشتری را جمع آوری می­کنند اما بلندتر و بسیار گران قیمت­تر هستند.
عمق میدان دید
عمق میدان دید یکی از مهم­ترین شاخصه­های مقایسه­ای سیستم­های ویدئوی حفاظتی است. معیار دی اواف به میزان وضوح تصویر در پشت و جلوی محدوده­ای اشاره می­کند که دوربین روی آن محدوده متمرکز شده است. به عنوان مثال ممکن است از یک دوربین برای کنترل پارکینگی استفاده شده باشد و کاربر بخواهد شماره پلاک خودرویی را در فاصله 30، 20 و 50 متری از محل نصب دوربین مداربسته بخواند. در این شرایط به هر میزان که دی اواف لنز بزرگتر باشد، وضوح تصویر در فواصل دورتر بهتر می­شود. عمق میدان دید تحت تاثیر سه عامل: 1ـ فاصله کانونی 2ـ قطر دریچه دیافراگم 3ـ فاصله دوربین از صحنه قرار دارد. هر چقدر فاصله کانونی طولانی­تر، فاصله دوربین از صحنه کمتر و قطر دریچه دیافراگم بزرگتر باشد، عمق میدان دید کوتاهتر می­شود. در محیط­های کم نور باید بین داشتن عمق میدان دید خوب در شرایط نور کم محیطی و احتمالا تصویری روشن باید دریچه دیافراگم خطاهای اپتیکی کاهش یافته و دقت فیلم­برداری افزایش می­یابد. ولی اگر دریچه دیافراگم بیش از اندازه تنگ شود به علت برخی خواص اپتیکی تصویر مات می­شود.

منبع:arad