Видеокамеры 2,8-12 мм

Объективы с переменным фокусным расстоянием 2.8-12 мм для видеокамер: технические аспекты, расчеты и применение в системах видеонаблюдения

Объективы с переменным фокусным расстоянием (вариофокальные) 2.8-12 мм представляют собой ключевой компонент в построении современных систем видеонаблюдения, особенно в условиях требований к гибкости и адаптивности. Данный диапазон фокусных расстояний охватывает широкий угол обзора (2.8 мм) и умеренное телефото (12 мм), что позволяет точно калибровать поле зрения камеры под конкретную задачу без необходимости физической замены оптики. В профессиональной среде корректный выбор и настройка такого объектива напрямую влияют на эффективность идентификации и распознавания объектов, что критически важно для энергетической инфраструктуры, периметрального контроля и контроля доступа.

Ключевые технические параметры и их влияние на изображение

Основные характеристики вариофокального объектива 2.8-12 мм, определяющие его применимость в проекте, следующие:

• Фокусное расстояние (ФР): Определяет угол обзора и степень приближения объекта. Измеряется в миллиметрах. Меньшее значение (2.8 мм) дает широкий угол, большее (12 мм) – узкий, с увеличением деталей.
• Относительное отверстие (светосила, F-число): Например, F1.2 или F1.4. Характеризует количество света, проходящего через объектив. Меньшее F-число означает большую светосилу, что критично для работы в условиях низкой освещенности (ночные смены, плохо освещенные помещения подстанций).
• Формат матрицы: Объективы 2.8-12 мм чаще всего рассчитаны на матрицы 1/2.7″, 1/2.8″ или 1/3″. Использование объектива на матрице большего формата, чем расчетный, приводит к виньетированию (затемнению по углам кадра).
• Разрешение (мегапиксели): Современные вариофокальные объективы поддерживают разрешение от 2 до 5 и более мегапикселей. Для четкой детализации необходим объектив, разрешающая способность которого соответствует или превышает разрешение матрицы камеры.
• Тип крепления: Наиболее распространен тип CS. Для использования с камерами, имеющими C-крепление, требуется переходное кольцо толщиной 5 мм.
• Ручная регулировка: Включает регулировку фокуса (Focus) и диафрагмы (Iris). В бюджетных моделях диафрагма часто фиксированная (DC-Iris или Fixed). В профессиональных сегментах встречается управляемая электронная диафрагма (P-Iris) для оптимального контраста и глубины резкости.

Расчет угла обзора и выбора фокусного расстояния

Выбор конкретного значения ФР в диапазоне 2.8-12 мм осуществляется на основе требуемого угла обзора по горизонтали (A_h), вертикали (A_v) или диагонали (A_d), а также расстояния до объекта наблюдения. Для точных расчетов используются тригонометрические формулы или онлайн-калькуляторы. Ключевым параметром является размер активной области матрицы.

Таблица 1. Примерные углы обзора по горизонтали для матрицы 1/3″ (размер активной области ~4.8 x 3.6 мм)

Фокусное расстояние, мм	Угол обзора по горизонтали, градусы	Типовое применение
2.8	~80° — 90°	Наблюдение за большим открытым пространством (склад ГСМ, двор энергообъекта), общий план в тесном помещении (щитовая, КРУ).
4.0	~65° — 70°	Наблюдение за проходной, контроль за узким коридором или протяженным оборудованием (ряд трансформаторов).
6.0	~45° — 50°	Контроль периметра на средних дистанциях, наблюдение за конкретным участком ограждения или ворот.
8.0	~35° — 40°	Идентификация лиц и объектов на расстоянии 10-15 метров (подход к зданию, кабина управления).
12.0	~25° — 30°	Распознавание деталей (номерных знаков, показаний приборов) на расстоянии 20-30 метров, наблюдение за удаленными критичными точками.

Для энергетических объектов важна не только идентификация человека, но и чтение показаний аналоговых приборов, состояние положения рубильников, наличие искрения. Это требует точного расчета ФР для достижения необходимой плотности пикселей на объекте (PPF – Pixel Per Foot). Например, для надежного чтения цифр на счетчике требуется не менее 100-150 PPF.

Особенности монтажа и настройки

Процесс установки и регулировки вариофокального объектива состоит из нескольких этапов:

• Предварительная настройка: Перед монтажом на камеру рекомендуется выставить ФР на среднее значение (~6 мм), а кольцо фокуса – на минимальное расстояние. Это дает запас для точной юстировки на месте.
• Регулировка диафрагмы: При наличии ручного регулятора диафрагмы (Iris), его первоначально открывают полностью. После настройки ФР и фокуса диафрагму прикрывают до достижения оптимального изображения без пересветов и излишних шумов. Автоматическая диафрагма (AI, DC-Iris) делает это самостоятельно, но может хуже справляться с контрастными сценами.
• Точная фокусировка: Наведя камеру на целевую зону, фокусное расстояние изменяют для получения нужного кадра. Затем вращением кольца фокуса добиваются максимальной резкости на ключевых объектах. Рекомендуется выполнять эту операцию при максимальном увеличении (12 мм) и при том уровне освещенности, в котором камера будет работать чаще всего.
• Фиксация настроек: После окончательной регулировки винты на кольцах ФР и фокуса (часто требуют шестигранного ключа) должны быть надежно затянуты во избежание самопроизвольного сдвига из-за вибраций или перепадов температур, характерных для энергообъектов.

Сравнение с фиксированными и моторизованными объективами

Таблица 2. Сравнение типов объективов

Параметр	Вариофокальный 2.8-12 мм	Объектив с фиксированным ФР (например, 3.6 мм)	Трансфокатор (моторизованный zoom)
Гибкость настройки	Высокая. Позволяет точно подогнать угол обзора на этапе монтажа.	Низкая. Угол обзора задан и не изменяется.	Максимальная. Управление ФР, фокусом, иногда диафрагмой – дистанционно.
Стоимость	Средняя, выше фикс-объектива.	Низкая.	Высокая.
Надежность	Высокая, отсутствуют двигатели.	Очень высокая.	Ниже, из-за наличия механики и двигателей.
Сфера применения в энергетике	Универсальное решение для большинства статичных сцен: периметр, помещения, въезды.	Массовая установка на камеры с заранее известной и неизменной задачей.	Критически важные обзорные посты, где требуется детальный осмотр удаленной зоны без выезда оператора (например, контроль состояния высоковольтных линий с одной точки).

Критерии выбора для задач энергетической отрасли

• Контроль периметра: Чаще используется ФР в диапазоне 6-12 мм для сужения угла обзора и увеличения детализации на линии ограждения. Требуется объектив с высокой светосилой (F1.2) и поддержкой ИК-подсветки (без смещения фокуса в ИК-диапазоне).
• Наблюдение за оборудованием в помещении (РУ, ЗРУ): При ограниченном пространстве может быть достаточно 2.8-4 мм. Критична стойкость к электромагнитным помехам и качественное разрешение для контроля показаний приборов.
• Контроль территории открытого распределительного устройства (ОРУ): Требуется комплексный подход. Камеры с ФР 2.8-3.6 мм дают общий план, а камеры с ФР, настроенным на 8-12 мм, направляются на конкретные силовые трансформаторы, выключатели для контроля их состояния.
• Эксплуатация в сложных климатических условиях: Предпочтение следует отдавать объективам с металлическим корпусом, уплотнительными кольцами, защитным покрытием линз.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается объектив 2.8-12 мм от 2.7-13.5 мм или 2.7-12 мм?

Различия в цифрах обычно незначительны и связаны с округлением или несущественными изменениями оптической схемы. Фактически, это аналогичные по характеристикам и применению модели. При выборе важнее обращать внимание на светосилу, разрешение и формат матрицы, а не на десятые доли миллиметра в диапазоне.

Можно ли использовать объектив 2.8-12 мм с 5-мегапиксельной камерой?

Да, но только если объектив позиционируется как поддерживающий 5 МП разрешение. Стандартный объектив, рассчитанный на 2 МП, будет «мылить» изображение на 5 МП матрице, не позволяя реализовать ее детализацию. Необходимо проверять заявленное производителем разрешение объектива.

Почему после настройки днем ночью изображение становится нерезким?

Это явление связано с изменением положения плоскости фокуса при переходе из видимого спектра в инфракрасный (ИК-сдвиг фокуса). Качественные вариофокальные объективы имеют коррекцию (IR-corrected) или используют асферические линзы для минимизации этого эффекта. Для исключения проблемы фокусировку необходимо выполнять в ночном режиме работы камеры (при включенной ИК-подсветке) или использовать объективы с технологией True Day&Night.

Что лучше: вариофокальный объектив с ручной диафрагмой (Manual Iris) или с автоматической (Auto Iris, DC-Iris)?

Для статичных сцен с относительно постоянным освещением (внутри помещений, под навесом) достаточно ручной диафрагмы. Для наружного наблюдения, где освещенность сильно меняется в течение сутий и погодных условий, необходима автоматическая диафрагма (DC-Iris). Она предотвращает «засветку» изображения при ярком солнце и максимально открывает диафрагму в темное время суток для улучшения светопропускания.

Как правильно рассчитать необходимое фокусное расстояние для чтения показаний на приборе размером 20×30 см с расстояния 10 метров?

Требуется расчет по плотности пикселей. Допустим, используется камера 2 МП (1920×1080). Нужно обеспечить, например, 100 пикселей по ширине прибора (20 см). Таким образом, на 1 метр приходится 500 пикселей. Используя формулы зависимости ФР от размера матрицы и расстояния до объекта, можно вычислить необходимое ФР. Для данного случая на камере с матрицей 1/3″ потребуется ФР приблизительно 8-10 мм. На практике рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы или ПО для проектирования, куда вводятся параметры камеры, расстояние и размер объекта.

Влияет ли качество объектива на работу детектора движения и аналитики?

Да, напрямую. Низкокачественная оптика с дисторсией (геометрическими искажениями), хроматическими аберрациями, низким разрешением по краям кадра приводит к ложным срабатываниям детектора движения (из-за «дрожания» изображения) и снижает точность работы сложной аналитики (распознавание лиц, подсчет объектов). Для систем с аналитикой рекомендуется выбирать объективы с высоким разрешением и минимальными искажениями.