Camera elements

Éléments de l’objectif

Un objectif ou bloc objectif sur une caméra réseau effectue plusieurs fonctions, parmi lesquelles :

  • La définition du champ de vision, autrement dit la partie d’une scène et le niveau de détail à capturer.
  • Le contrôle de la quantité de lumière qui traverse le capteur d’images de sorte qu’une image soit correctement exposée.
  • La mise au point en ajustant soit les éléments du bloc objectif, soit la distance entre le bloc objectif et le capteur d’images.

Champ de vision

L’un des facteurs à prendre en compte lors du choix d’une caméra est le champ de vision requis, autrement dit la zone de couverture et le degré de détail à visualiser. Le champ de vision est déterminé par le ratio entre la distance focale de l’objectif et la taille du capteur d’images. Ces données sont spécifiées dans la fiche technique des caméras réseau.

La distance focale d’un objectif est définie par la distance entre l’objectif d’entrée (ou un point spécifique dans un bloc objectif complexe) et le point où les rayons de lumière convergent en un point (normalement le capteur d’images de la caméra). Plus la longueur distance focale est élevée, plus le champ de vision est étroit.

Le moyen le plus rapide de déterminer la distance focale d’un objectif requise pour un champ de vision souhaité consiste à utiliser un calculateur d’objectif pivotant ou un calculateur d’objectif en ligne, tous deux disponibles sur le site d’Axis. La taille du capteur d’images d’une caméra réseau, en général 1/4”, 1/3”, 1/2” ou 2/3”, doit également être utilisée lors du calcul. (L’inconvénient de l’utilisation d’un calculateur d’objectif est qu’il ne prend pas en compte la déformation géométrique possible d’un objectif.)

On distingue trois types de champs de vision :

  • Vue normale : offre le même champ de vision que l’oeil humain.
  • Téléobjectif : champ de vision plus étroit procurant en général des détails plus fins que ceux visibles par l’oeil humain. Un téléobjectif est utilisé lorsque l’objet à surveiller est de petite taille ou situé loin de la caméra. Les téléobjectifs disposent en général d’une luminosité inférieure aux objectifs normaux.
  • Grand angle : champ de vision plus large avec moins de détails que la vue normale. Un objectif grand angle procure en général une bonne profondeur de champ et des performances acceptables en faible éclairage. Les objectifs grand angle produisent parfois des déformations géométriques, telles que l’effet « Fish-eye ».

Différents champs de vision : vue grand angle (à gauche), vue normale (au centre) et téléobjectif (à droite).

Objectifs de caméra réseau avec différentes distances focales : grand angle (à gauche), normale (au centre) et téléobjectif (à droite).

Il existe trois principaux types d’objectifs :

  • Objectif fixe : ce type d’objectif possède une distance focale fixe ; autrement dit, un seul champ de vision (normal, téléobjectif ou grand angle). De nombreux objectifs de caméra réseau fixe ont une distance focale de 4 mm.
  • Objectif à foyer progressif : ce type d’objectif offre une large gamme de distances focales, et par conséquent différents champs de vision. Le champ de vision peut être réglé manuellement. Chaque fois que le champ de vision est modifié, l’utilisateur doit réeffectuer une mise au point manuelle. Les objectifs à foyer progressif pour caméras réseau offrent souvent des distances focales allant de 3 mm à 8 mm.
  • Objectifs zoom : les objectifs zoom sont semblables aux objectifs à foyer progressif, dans le sens où il permettent à l’utilisateur de sélectionner différents champs de vision. Toutefois, avec les objectifs zoom il n’est pas nécessaire de refaire la mise au point en cas de modification du champ de vision. La mise au point peut être conservée dans une certaine gamme de distances focales, par exemple de 6 mm à 48 mm. Les réglages d’objectif peuvent être manuels ou motorisés pour un contrôle à distance. Lorsqu’un objectif présente, par exemple, une capacité de zoom 3x, il est fait référence au rapport entre la distance focale la plus courte et la plus longue de l’objectif.

Correspondance objectif/capteur

Si une caméra réseau possède un objectif interchangeable, il convient de sélectionner un objectif adapté à la caméra. Si un objectif conçu pour un capteur d’images 1/2" fonctionne aussi avec les capteurs d’images 1/2", 1/3" et 1/4", en revanche il ne s’adapte pas aux capteurs d’images 2/3".

Un objectif conçu pour un capteur d’images plus petit que celui de la caméra provoque des coins noirs sur l’image (voir l’illustration de gauche sur la Figure 3.2c ci-dessous). IS’il est au contraire conçu pour un capteur d’images plus grand que celui de la caméra, le champ de vision sera inférieur à la capacité de l’objectif, une partie de l’information étant alors « perdue » en dehors du capteur d’images.

Exemples de différents objectifs montés sur un capteur d’images 1/3".

Lors du remplacement d’un objectif sur une caméra mégapixel, un objectif de haute qualité est nécessaire car les capteurs mégapixel possèdent des pixels beaucoup plus petits que ceux d’un capteur VGA (640x480 pixels). Il est préférable de faire correspondre la résolution de l’objectif à celle de la caméra afin d’exploiter les fonctionnalités de la caméra de manière optimale.

Normes de monture d’objectif

Lors d’un changement d’objectif, il est également important de connaître le type de monture d’objectif dont est équipée la caméra. Deux principales normes sont utilisées sur les caméras réseau : la monture CS et la monture C. Toutes deux présentent un filetage de 1” et leur aspect est identique. Ce qui diffère, c’est la distance entre l’objectif et le capteur lorsque l’objectif est fixé sur la caméra :

  • Monture CS. La distance entre le capteur et l’objectif doit être de 12,5 mm.
  • Monture C. La distance entre le capteur et l’objectif doit être de 17,526 mm.

Il est possible de monter un objectif à monture C sur un corps de caméra à monture CS à l’aide d’une rallonge de 5 mm (bague d’adaptation C/CS). Si vous ne parvenez pas à effectuer la mise au point d’une caméra, c’est sans doute parce que vous n’utilisez pas le bon type d’objectif.

Visite Objectifs pour caméras thermiques.

Ouverture et exposition

En situation de faible éclairage, particulièrement dans les environnements intérieurs, l’un des facteurs importants à examiner dans une caméra réseau est la capacité de collecte de lumière de l’objectif. Celle-ci peut être déterminée par l’ouverture de l’objectif (ou chiffre f). Le chiffre f définit la quantité de lumière qui peut traverser un objectif.

Il s’agit du rapport entre la distance focale de l’objectif et le diamètre de l’ouverture ou diaphragme ; autrement dit, chiffre f = distance focale/ouverture.

Plus le chiffre f : est faible (courte distance focale par rapport à l’ouverture, ou grande ouverture par rapport à la distance focale), plus grande est la capacité de l’objectif à collecter la lumière, autrement dit : plus grande est la quantité de lumière capable de traverser l’objectif et d’atteindre le capteur d’images. Dans les situations de faible éclairage, un petit chiffre f produit généralement une image de meilleure qualité. (Il se peut toutefois que certains capteurs ne soient pas en mesure de tirer parti d’un chiffre f plus faible dans les situations de faible éclairage en raison de leur conception.) Un chiffre f plus grand, en revanche, augmente la profondeur de champ. Un objectif dont le chiffre f est plus petit est généralement plus onéreux.

Les chiffres f sont souvent écrits sous la forme F/x. La barre oblique indique une division. F/4 signifie que le diamètre de diaphragme est égal à la distance focale divisée par 4 ; par conséquent, si une caméra possède un objectif de 8 mm, la lumière doit passer à travers un diaphragme dont le diamètre est au moins égal à 2 mm.

Bien que les objectifs avec diaphragme à réglage automatique (diaphragme DC) possèdent une gamme de chiffres f, il arrive souvent que seule l’extrémité maximale de la plage de collecte de lumière soit spécifiée (chiffre f le plus petit).

La capacité de collecte de lumière d’un objectif (ou chiffre f) et la durée d’exposition (durée pendant laquelle un capteur d’images est exposé à la lumière) sont les deux principaux facteurs qui contrôlent la quantité de lumière reçue par un capteur d’images. Un troisième élément, le gain, est un amplificateur qui permet d’accroître la luminosité de l’image. Cependant, l’augmentation du gain entraîne également une augmentation du niveau de bruit (grain) dans une image ; il est donc préférable d’ajuster la durée d’exposition ou l’ouverture du diaphragme. Des limites de durée d’exposition et de gain peuvent être configurées dans certaines caméras Axis. Plus la durée d’exposition est élevée, plus un capteur d’images reçoit de lumière. Les environnements à fort éclairage requièrent une durée d’exposition plus courte, tandis que les conditions de faible éclairage requièrent une durée d’exposition plus longue. Il faut savoir que l’augmentation de la durée d’exposition accroît également le flou de mouvement, alors que l’augmentation de l’ouverture de diaphragme présente l’inconvénient de réduire la profondeur de champ.

Lors du choix de l’exposition, il est conseillé d’opter pour une courte durée d’exposition si l’on souhaite capturer des objets au mouvement rapide ou quand une fréquence d’images élevée est requise. Une durée d’exposition plus longue améliore la qualité d’image dans des conditions de faible éclairage, mais cela peut accroître le flou de mouvement et diminuer la fréquence d’images totale puisqu’il faut davantage de temps pour exposer chaque image. Dans certaines caméras réseau, il existe un paramètre d’exposition automatique qui fait en sorte que la fréquence d’images est augmentée ou réduite en fonction de la lumière disponible. C’est seulement lorsque le niveau de luminosité faiblit qu’il est important de prendre en compte l’éclairage artificiel, la fréquence d’images avec priorité ou la qualité d’image.

Interface utilisateur de caméra avec, entre autres, des options de réglage de l’exposition dans des conditions de faible éclairage.

Diaphragme manuel ou automatique

Dans les environnements intérieurs où les niveaux d’éclairage peuvent être constants, il est possible d’utiliser un objectif à diaphragme manuel. Ce type d’objectif possède une bague de réglage du diaphragme, ou bien celui-ci est fixé sur une valeur f. C’est ce dernier principe qui est appliqué sur les caméras réseau intérieures Axis.

Il est recommandé d’utiliser un objectif avec diaphragme à réglage automatique pour les applications extérieures et là où l’éclairage change en permanence. L’ouverture du diaphragme est contrôlée par la caméra et sert à conserver un niveau d’éclairage optimal pour le capteur d’images si aucun paramètre de gain ou d’exposition n’est disponible ou utilisé dans la caméra réseau.

Profondeur de champ

L’un des critères qui peut assumer une importance dans une application de vidéosurveillance est la profondeur de champ. La profondeur de champ fait référence à la distance devant ou au-delà du point focal où les objets apparaissent tous nets. Elle peut par exemple revêtir une importance dans la surveillance d’un parking, où il peut être nécessaire d’identifier les plaques d’immatriculation de véhicules situés à 20, 30 et 50 mètres.

La profondeur de champ est affectée par trois facteurs : la distance focale, le diamètre du diaphragme et la distance enter la caméra et le sujet. Une distance focale élevée, une grande ouverture de diaphragme ou une faible distance entre la caméra et le sujet limitent la profondeur de champ.

Profondeur de champ : imaginez un groupe de personnes disposées en file indienne. Si la mise au point est effectuée au milieu de la file et qu’il est possible d’identifier les visages des personnes situées plus de 15 mètres devant et derrière le point central, la profondeur de champ est bonne.

Ouverture de diaphragme et profondeur de champ. L’illustration ci-dessus est un exemple de profondeur de champ pour différents chiffres f avec une distance de mise au point de 2 mètres. Un grand chiffre f (ouverture de diaphragme plus petite) permet d’obtenir une netteté des objets sur une plus grande plage. (Selon la taille en pixels, des ouvertures de diaphragme très petites peuvent entraîner un flou de l’image par diffraction.)

Types de contrôles du diaphragme