Obiektyw to podstawowy element wyposa¿enia ka¿dej kamery przemys³owej. Kamera bez obiektywu jest ca³kowicie bezu¿yteczna, poniewa¿ jest to uk³ad optyczny, który sprawia, ¿e kamera „widzi”. Inaczej mówi±c, obiektyw kamery to uk³ad optyczny s³u¿±cy do obrazu po¿±danej sceny na powierzchniê ¶wiat³oczu³± przetwornika obrazu.
Podstawowe parametry techniczne obiektywów do kamer
Podzia³ obiektywów do kamer
Obiektywy do kamer dzielimy ze wzglêdu na trzy kryteria: k±t widzenia, rodzaj przys³ony, rodzaj ogniskowej.
Podzia³ ze wzglêdu na k±t widzenia:
Podzia³ ze wzglêdu na rodzaj przys³ony:
Podzia³ ze wzglêdu na rodzaj ogniskowej:
Obiektywy specjalne
Oprócz wy¿ej wymienionych grup obiektywów mo¿na wyró¿niæ jeszcze jedn±, a s± to obiektywy specjalne. Obiektywy do zastosowañ specjalnych oprócz standardowych w³a¶ciwo¶ci posiadaj± jeszcze dodatkowe, dziêki którym umo¿liwiaj± pracê w ¶ci¶le okre¶lonych warunkach, w których zwyk³e obiektywy s± bez u¿yteczne. W tej grupie obiektywów wyró¿niamy m.in.:
Mocowania obiektywów do kamer
Obecnie spotyka siê kamery z dwoma typami mocowañ do obiektywów: C i CS. Ró¿nic± miêdzy mocowaniem C i CS jest odleg³o¶æ obiektywu od powierzchni przetwornika obrazu. Dla mocowania CS odleg³o¶æ wynosi 12,5mm, natomiast dla obiektywów C jest to 17,526mm. Mocowanie typu CS jest znacznie czê¶ciej spotykane, co wynika przede wszystkim z wiêkszej uniwersalno¶ci tego mocowania. Poprzez zastosowanie dodatkowego pier¶cienia mocowanie obiektywu typu CS mo¿emy bez wiêkszego problemu zmieniæ na mocowanie C, w druga stronê taka relacja nie zachodzi.
Dobór obiektywu do rozmiaru przetwornika
Rozmiary przetworników obrazu podaje siê w calach, co jest zwi±zane bezpo¶rednio z wielko¶ci± obrazu który mog± wygenerowaæ. Ka¿dy obiektyw w swojej specyfikacji technicznej powinien posiadaæ najwiêkszy format przetwornika obrazu, z którym mo¿e poprawnie wspó³pracowaæ.
W jaki sposób odpowiednio dopasowaæ obiektyw do wielko¶ci przetwornika? Przede wszystkim obiektyw musi byæ dopasowany do wielko¶ci przetwornika. Do okre¶lonego rozmiaru przetwornika mo¿emy stosowaæ obiektyw o tym samym rozmiarze lub wiêkszy (nigdy obiektyw mniejszy). Stosowanie wiêkszego obiektywu w niektórych przypadkach jest korzystne, poniewa¿ pozwala na zmniejszenie zniekszta³ceñ obrazu. Obecnie najczê¶ciej na rynku spotykane s± obiektywy przystosowane do wspó³pracy z przetwornikami o rozmiarach: 1”, 2/3”, 1/2" i 1/4".
Dobór ogniskowej obiektywu
Jak ju¿ wcze¶niej wspomnia³em, dla okre¶lonego rozmiaru przetwornika i znanej warto¶ci ogniskowej mo¿emy wyliczyæ k±t widzenia kamery. Nale¿y pamiêtaæ, ¿e d³ugo¶æ ogniskowej obiektywu jest zawsze odwrotnie proporcjonalna do uzyskiwanego k±ta widzenia (du¿a warto¶æ ogniskowej w±ski - k±t widzenia, ma³a warto¶æ ogniskowej - szeroki k±t widzenia).
Znaj±c dok³adny rozmiar przetwornika obrazu, odleg³o¶æ od obserwowanego obiektu oraz jego rozmiary mo¿emy dok³adnie wyliczyæ, jaka bêdzie potrzebna ogniskowa obiektywu oraz jaki uzyskamy k±t widzenia kamery z takim obiektywem.
Doboru obiektywu do kamery i ¶rodowiska jej pracy dokonuje siê najczê¶ciej przy pomocy specjalnych narzêdzi (lunetki, kalkulatorów) lub wylicza z wzorów.
Techniki doboru obiektywu:
Przyk³adowe obliczenia na podstawie zaprezentowanych wzorów:
Obliczenia wykonane dla przetwornika o rozmiarze 1/4 cala (wymiary 2,7x3,6mm – przek±tna 4mm) i obiektywu z ogniskow± o warto¶ci 3,6mm:
W poni¿szych tabelach przedstawiono przyk³adowe obliczenia (wysoko¶æ i szeroko¶æ pola widzenia) dla przetworników o rozmiarach 1/3” i 1/4".
Tabela 3. Szeroko¶æ obiektu widzianego na monitorze przez kamerê z przetwornikiem obrazu o rozmiarze 1/3"
Rodzaje przys³ony
Obecnie w obiektywach do kamer przemys³owych mo¿na spotkaæ siê z trzema typami przys³ony: przys³ona regulowana rêcznie, elektroniczna przys³ona EI (Electronic Iris) oraz automatyczna przys³ona AI (Auto Iris). Krótka charakterystyka typów przys³ona:
W jaki sposób ustawiæ parametry pracy automatycznej przys³ony AI?
Podstawowym celem ustawiania parametrów pracy AI jest uzyskanie optymalnej jasno¶ci obrazu dla pracy zarówno w warunkach dziennych jak i nocnych. Obiektywy Auto Iris w wiêkszo¶ci przypadków s± fabrycznie regulowane i regulacja ze strony u¿ytkownika jest zbêdna. Je¿eli zdarzy³oby siê, ¿e obiektyw AI jest ¼le wyregulowany nale¿y potencjometry LEVEL i ALC ustawiæ w po³o¿eniu ¶rodkowym, a nastêpnie za pomoc± potencjometru LEVEL nastawiæ po¿±dany poziom jasno¶ci. W zale¿no¶ci od sposobu reakcji na o¶wietlenie nale¿y dostroiæ potencjometr ALC. Na koniec zak³adamy filtr szary i regulujemy ostro¶æ obiektywu.
Dobór przys³ony
Rodzaj przys³ony dobieramy bezpo¶rednio do warunków w jakich pracuje kamera. Najistotniejszym wyznacznikiem jest poziom o¶wietlenia i jego zmiany. W warunkach sta³ego o¶wietlenia najlepiej stosowaæ obiektywy z rêcznie regulowan± przys³on±. Nie zaleca siê stosowania obiektywów AI przy sta³ym o¶wietleniu, poniewa¿ ich stosowanie w takich warunkach jest nieop³acalne (dro¿sze od pozosta³ych obiektywów). W zaciemnionych miejscach najlepiej stosowaæ obiektywy „bardzo jasne” o liczbie F rzêdu 1.2. Taki obiektyw w po³±czeniu z wysokoczu³± kamer± pozwoli na prowadzenie efektywnej obserwacji nawet w bardzo trudnych warunkach o¶wietleniowych. W miejscach gdzie istnieje ryzyko prze¶wietlenia obrazu (silne ¼ród³a ¶wiat³a) doskona³ym rozwi±zaniem s± obiektywy o liczbie F wiêkszego rzêdu. Innym rozwi±zaniem jest stosowanie filtrów szarych, lecz ograniczaj± one czu³o¶æ przy s³abym o¶wietleniu. W kamerach przeznaczonych do pracy w trybie ca³odobowym (dzieñ/noc) zdecydowanie najlepszym rozwi±zaniem s± obiektywy z automatyczn± przys³on± Auto Iris. W zale¿no¶ci od ustawieñ obiektywu mo¿e zdarzyæ siê, ¿e np. obraz w ¶rodkowej czê¶ci bêdzie prze¶wietlony, a na brzegach niedo¶wietlony. Po¶rednim rozwi±zaniem takiego problemu s± obiektywy wyposa¿one w dodatkowy filtry specjalny (tzw. plamkowy), który jest naniesiony na ¶rodkow± czê¶æ powierzchni soczewki.
Filtr szary
Specjalny rodzaj filtru stosowanego podczas regulacji obiektywów z automatyczn± przys³on± Auto Iris oraz w obiektywach ze sta³± przys³on± w sytuacjach gdy poziom o¶wietlenia jest zbyt du¿y (chroni przed prze¶wietleniem obrazu). W regulacji obiektywów AI stosuje siê dwa typu filtrów. Filtr oznaczony numerem 3 jest przeznaczony do regulacji kamer czarno-bia³ych, za¶ filtr szary z numerem 1 do regulacji kamer kolorowych. Je¿eli nie posiadamy filtru szarego z regulacj± obiektywu z automatyczn± przys³on± nale¿y poczekaæ do zapadniêcia zmroku, gdy poziom o¶wietlenia jest niski. Filtr szary montujemy jedynie w obiektywach, które zosta³y do tego odpowiednio przystosowane (odpowiednia ¶rednica i gwint).
Rozwi±zywanie problemów
Istniej± trzy podstawowe problemy z jakimi mo¿emy siê spotkaæ podczas instalacji obiektywów: brak ostro¶ci oraz odblaski w zakresie ¶wiat³a widzialnego.
Dobór obiektywu
Wybór odpowiedniego obiektywu jest tak samo wa¿ny jak wybór prawid³owej kamery. Z³a jako¶æ wykonania obiektywu lub z³y jego dobór do ¶rodowiska pracy sprawi, ¿e nawet najlepsza kamera bêdzie wytwarzaæ obrazy o niskim poziomie jako¶ci.
Wed³ug normy EN 50132-7 kryteria doboru obiektywu do kamery powinny braæ pod uwagê szereg nastêpuj±cych czynników: