Видеокамеры 2,7-11 мм
Объективы с переменным фокусным расстоянием 2.7-11 мм для видеокамер: технические аспекты и практика применения
В системах видеонаблюдения и технологического контроля в энергетике выбор объектива является критически важным для достижения требуемых результатов. Объективы с переменным фокусным расстоянием (вариофокальные) в диапазоне 2.7-11 мм представляют собой универсальный инструмент, позволяющий адаптировать угол обзора и детализацию изображения под конкретные задачи. Данная статья рассматривает технические характеристики, принципы выбора и применения таких объективов в профессиональной среде.
Ключевые параметры и их влияние на изображение
Основным параметром является фокусное расстояние (ФР), измеряемое в миллиметрах. Оно определяет угол обзора камеры и степень приближения объекта. Диапазон 2.7-11 мм охватывает широкий спектр сценариев: от сверхширокоугольного обзора до умеренного телефото.
- ФР 2.7 мм: Обеспечивает максимальный угол обзора по горизонтали (обычно 90°-110°). Применяется для контроля больших площадей: машинные залы, распредустройства, складские помещения. Недостаток – выраженная геометрическая дисторсия («эффект рыбьего глаза») по краям кадра.
- ФР 11 мм: Дает узкий угол обзора (около 30°-40°). Используется для наблюдения за конкретными объектами на средних и дальних дистанциях: панели управления, счетчики, изоляторы на выключателях. Обеспечивает минимальную дисторсию и лучшее приближение.
- Диафрагма (светосила): Обозначается как F1.2, F1.4 и т.д. Чем меньше число, тем больше светосила объектива. Для помещений с плохим освещением (резервные помещения, ночной режим на внешних объектах) критически важен параметр F1.2 или F1.0.
- Формат матрицы: Должен соответствовать размеру матрицы камеры (1/2.8″, 1/2.7″, 1/3″, 1/2.5″). Объектив, рассчитанный на матрицу 1/3″, будет работать с матрицей 1/2.8″, но возможна виньетка (затемнение по углам) при использовании объектива меньшего формата на большей матрице.
- Ручная и автоматическая диафрагма (Fixed Iris, Auto Iris, P-Iris): Для статичных условий освещения (внутри помещений) подходит Fixed Iris. Для наружного применения с меняющейся освещенностью необходим Auto Iris (DC или Video drive). P-Iris обеспечивает более точный контроль, улучшая глубину резкости и качество изображения при сложном свете.
- Объективы типа CS/C: Стандартный резьбовой крепеж (CS-крепление – 12.5 мм, C-крепление – 17.526 мм). Требуют точной ручной фокусировки и настройки ФР с помощью регулировочных винтов. После настройки фиксируются специальным герметиком или контргайкой. Применяются в корпусных камерах.
- Объективы для купольных и компактных камер: Имеют встроенное крепление под конкретную модель или серию камер. Регулировка (фокусировка и зумирование) часто осуществляется с помощью инструментальных винтов, доступных через технологическое отверстие в корпусе.
- Моторзированные (моторизованные) вариофокальные объективы (Motorized Zoom): Наиболее технологичное решение. Настройка ФР, фокусировки и иногда диафрагмы осуществляется дистанционно через интерфейс камеры (RS-485, через коаксиал). Критически важно для камер, установленных в труднодоступных местах (на высоте, в герметичных кожухах), а также для систем, где требуется оперативное изменение зоны обзора.
- Контроль показаний приборов и состояния оборудования: Для считывания показаний аналоговых манометров, счетчиков, положения рубильников требуется достаточное разрешение камеры и правильный выбор ФР. На расстоянии 5-7 метров ФР 8-11 мм позволит четко идентифицировать положение стрелки на шкале прибора.
- Мониторинг температурных режимов (в составе тепловизионных камер): Вариофокальные объективы для тепловизоров позволяют точно кадрировать зону контроля (например, соединения на шинах, силовые трансформаторы) для выявления перегрева.
- Условия эксплуатации: На подстанциях, в цехах возможно наличие сильных электромагнитных полей. Предпочтение следует отдавать объективам с металлической оправой и качественным экранированием. Для наружного применения обязательна проверка климатического исполнения (рабочий диапазон температур, защита от конденсата).
- Соответствие нормам ЭМС: Оборудование, устанавливаемое на объектах электросетевого комплекса, должно соответствовать требованиям по электромагнитной совместимости, что касается и элементов камеры, включая объектив с приводом диафрагмы.
Расчет угла обзора и выбор фокусного расстояния
Выбор ФР осуществляется на основе требуемого угла обзора и расстояния до объекта. Для прямоугольных помещений или зон контроля используется расчет по горизонтали. Формула для приближенного расчета горизонтального угла обзора (α) при известном ФР и размере матрицы (H): α = 2 arctg (H / (2 ФР)). На практике пользуются готовыми таблицами.
| Фокусное расстояние, мм | Угол обзора по горизонтали, ° (прибл.) | Ширина зоны видимости на расстоянии 10 м, м (прибл.) | Типовой сценарий применения в энергетике |
|---|---|---|---|
| 2.7 | 105 | 21 | Общий обзор машинного зала, галереи кабельных трасс |
| 4.0 | 75 | 14 | Контроль группы шкафов управления, обзор трансформаторной площадки |
| 6.0 | 53 | 9.5 | Наблюдение за конкретным оборудованием (выключатель, компрессор) |
| 8.0 | 40 | 7.2 | Контроль показаний аналоговых приборов, состояние узлов |
| 11.0 | 30 | 5.4 | Детальный контроль маркировки, положения ключей, состояния контактов |
Типы исполнения и монтажные особенности
Вариофокальные объективы 2.7-11 мм представлены в нескольких форм-факторах, определяющих способ интеграции с камерой.
Специфика применения в энергетике и на промышленных объектах
В энергетике требования к видеонаблюдению выходят за рамки безопасности и включают задачи технологического контроля.
Сравнение с фиксированными и монофокальными объективами
| Параметр | Вариофокальный 2.7-11 мм | Фиксированный (монофокальный) | Трансфокатор (Zoom 10x, 20x) |
|---|---|---|---|
| Гибкость настройки | Высокая. Позволяет точно подстроить угол обзора на месте. | Нулевая. Угол обзора задан и неизменен. | Очень высокая. Большой диапазон изменения ФР. |
| Стоимость | Средняя, выше фиксированного. | Низкая. | Высокая. |
| Сложность настройки | Средняя. Требует ручной или дистанционной регулировки. | Низкая. Установил и забыл. | Высокая. Требует точного позиционирования и настройки. |
| Надежность | Высокая при фиксации настроек. Механические регулировки могут разбалтываться от вибрации. | Максимальная. Отсутствуют подвижные части. | Средняя. Сложная механика и оптика. |
| Типовое применение | Универсальное решение для 80% задач, особенно на этапе проектирования и монтажа. | Серийная установка на однотипные посты с известными и неизменными условиями. | ПТЗ-камеры для наблюдения за протяженными периметрами или большими площадями с детализацией. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как правильно настроить вариофокальный объектив 2.7-11 мм после установки?
Процедура включает три этапа: 1) Предварительная установка ФР. Ослабьте винт фиксации ФР, вращайте кольцо регулировки ФР, чтобы получить приблизительно нужную картинку. 2) Фокусировка. Ослабьте винт фиксации фокуса. Установите камеру в максимальное оптическое увеличение (11 мм), наведитесь на объект на нужном расстоянии и вращайте кольцо фокусировки до достижения максимальной резкости. 3) Фиксация. Затяните винты фиксации ФР и фокуса. Для ответственных объектов рекомендуется использовать фиксирующий герметик (например, Loctite 222).
Можно ли использовать объектив 2.7-11 мм для чтения показаний счетчиков на расстоянии 15 метров?
Нет, для такой задачи данный объектив не подходит. На расстоянии 15 метров даже при ФР=11 мм размер области, занимаемой счетчиком в кадре, будет мал для надежного распознавания цифр. Для детального контроля на таких дистанциях требуются объективы с большим ФР (25 мм, 50 мм) или камеры с мощным оптическим зумом и высоким разрешением (4 Мп и более).
В чем разница между DC-Iris и P-Iris в контексте энергетики?
DC-Iris управляет диафрагмой по сигналу постоянного тока, просто открывая или закрывая ее для поддержания средней яркости кадра. P-Iris (Precise Iris) управляется шаговым двигателем по цифровому протоколу, что позволяет точно позиционировать диафрагму. В условиях энергообъектов, где в кадре могут быть одновременно яркие и темные зоны (окна и темные углы помещения, засветка от фонарей), P-Iris обеспечивает лучшую глубину резкости и предотвращает пересветы, сохраняя детализацию в тенях.
Что важнее для контроля оборудования: большее разрешение камеры или правильный выбор ФР объектива?
Оба параметра критически важны и взаимосвязаны. Правильный ФР обеспечивает нужный масштаб объекта в кадре. Высокое разрешение (4K, 8 Мп) позволяет детализировать этот объект. Однако камера 8 Мп с объективом 2.7 мм на большом расстоянии «размажет» детали по широкому полю обзора. И наоборот, камера 2 Мп с правильно подобранным ФР 11 мм для конкретной цели может дать лучший результат для идентификации, чем сверхвысокое разрешение с неправильным углом обзора.
Как вибрации на трансформаторной подстанции влияют на настройки вариофокального объектива?
Постоянные низкочастотные вибрации могут приводить к самопроизвольному откручиванию регулировочных винтов, особенно если они не были должным образом зафиксированы. Это вызывает «сползание» фокуса или изменения ФР. Для объектов с повышенной вибрацией рекомендуется: использование моторзированных объективов (настройки хранятся в памяти привода), применение контргаек и фиксирующих составов, а также периодическая проверка фокусировки в рамках планового ТО системы видеонаблюдения.