Camera elements

Elementi dell’obiettivo

Un obiettivo o un gruppo obiettivo in una telecamera di rete svolge diverse funzioni, tra cui:

  • Definizione del campo visivo, ossia definizione della quantità di una scena e del livello di dettaglio da riprendere.
  • Controllo della quantità di luce che passa attraverso il sensore immagini per garantire una corretta esposizione di un’immagine.
  • Messa a fuoco regolando gli elementi all’interno del gruppo obiettivo o la distanza tra il gruppo obiettivo e il sensore immagini.

Campo visivo

Un aspetto da prendere in considerazione quando si sceglie una telecamera è il campo visivo richiesto, ossia l’area di copertura e il livello di dettaglio da visualizzare. Il campo visivo è determinato dalla lunghezza focale dell’obiettivo e dalla dimensione del sensore immagini; entrambi sono specificati nella scheda dati della telecamera di rete.

La lunghezza focale di un obiettivo è definita come la distanza tra l’obiettivo di entrata (o un punto specifico in un gruppo obiettivo complesso) e la parte in cui convergono tutti i raggi di luce in un punto (solitamente, il sensore immagini della telecamera). Maggiore è la lunghezza focale, più ristretto è il campo visivo.

Il metodo più veloce per determinare la lunghezza focale dell’obiettivo richiesta per un determinato campo visivo consiste nell’utilizzare un calcolatore dell’obiettivo rotante o un calcolatore dell’obiettivo online lens calculator, entrambi disponibili in Axis. La dimensione del sensore immagini di una telecamera di rete, solitamente 1/4”, 1/3”, 1/2” e 2/3”, deve essere utilizzata anche nel calcolo. Lo svantaggio di utilizzare un calcolatore di obiettivo è che non prende in considerazione possibili distorsioni geometriche di un obiettivo.

Il campo visivo può essere classificato in tre tipi:

  • Angolo normale: stesso campo visivo percepito dall’occhio umano.
  • Teleobiettivo: un campo visivo più stretto, che fornisce in generale maggiori dettagli rispetto all’occhio umano. Un teleobiettivo viene utilizzato quando l’oggetto da controllare è piccolo o si trova distante dalla telecamera. Solitamente ha una capacità di utilizzo della luce inferiore rispetto a un normale obiettivo.
  • Grandangolo: un campo visivo più grande con meno dettagli dell’angolo normale. Un obiettivo grandangolare generalmente fornisce una buona profondità di campo e prestazioni discrete in condizioni di scarsa illuminazione. L’obiettivo ad grandangolare a volte produce distorsioni geometriche, quali l’effetto “fish-eye”.

Diversi campi visivi: grandangolare (a sinistra); angolo normale (centro); teleobiettivo (a destra).

Obiettivi di telecamere di rete con diverse lunghezze focali: grandangolo (a sinistra), angolo normale (centro); teleobiettivo (a destra).

Esistono tre principali tipi di obiettivo:

  • Obiettivo fisso: offre una lunghezza focale fissa, ossia un solo campo visivo (angolo normale, teleobiettivo o ad ampio angolo). Una lunghezza focale comune di un obiettivo fisso di una telecamera di rete è 4 mm.
  • Obiettivo varifocale: offre una gamma di lunghezze focali e, di conseguenza, diversi campi visivi. Il campo visivo può essere regolato manualmente. Ogni volta che il campo visivo viene modificato, l’utente deve mettere nuovamente a fuoco in modo manuale l’obiettivo. L’obiettivo varifocale delle telecamere di rete spesso fornisce lunghezze focali che vanno da 3 mm a 8 mm.
  • Obiettivo zoom: è simile a un obiettivo varifocale in quanto consente all’utente di scegliere tra diversi campi visivi. Tuttavia, con gli obiettivi zoom, non occorre mettere nuovamente a fuoco se il campo visivo cambia. La messa a fuoco può essere mantenuta entro una gamma di lunghezze focali, ad esempio, da 6 mm a 48 mm. La regolazione dell’obiettivo può essere eseguita manualmente o in modo motorizzato in remoto. L’indicazione zoom da 3x per un obiettivo, ad esempio, si riferisce al rapporto tra la lunghezza focale più lunga e la lunghezza focale più breve dell’obiettivo.

Corrispondenza obiettivo e sensore

Se una telecamera di rete consente di utilizzare un obiettivo intercambiabile, è importante scegliere un obiettivo adatto alla telecamera. Un obiettivo adatto a un sensore immagini da 1/2” può essere usato con sensori da 1/2”, 1/3” e 1/4”, ma non con sensori da 2/3”.

L’uso di un obiettivo adatto a un sensore immagini di dimensioni inferiori rispetto a quello installato nella telecamera provoca l’annerimento degli angoli delle immagini , mentre l’uso di un obiettivo adatto a un sensore immagini di dimensioni maggiori rispetto a quello installato nella telecamera provoca la visualizzazione di un campo visivo più ristretto, poiché parte delle informazioni al di fuori del sensore immagini verranno perse. Questa situazione crea un effetto teleobiettivo in quanto l’immagine sembra ingrandita.

Esempi di diversi obiettivi installati su un sensore immagini da 1/3”.

Quando si sostituisce un obiettivo su una telecamera con risoluzione megapixel, è necessario un obiettivo di alta qualità perché i sensori megapixel hanno pixel molto più piccoli di quelli di un sensore VGA (640x480 pixel). È importante scegliere una risoluzione dell’obiettivo appropriata alla risoluzione della telecamera per utilizzare completamente le funzionalità della telecamera.

Standard di montaggio dell’obiettivo

Quando si cambia un obiettivo, è anche importante sapere il tipo di montaggio dell’obiettivo previsto dalla telecamera di rete. Esistono due principali standard per telecamere di rete: montaggio CS e montaggio C. Entrambi presentano una filettatura da 1” e le stesse caratteristiche, ma differiscono in termini di distanza tra l’obiettivo e il sensore una volta installati sulla telecamera:

  • Montaggio CS. La distanza tra il sensore e l’obiettivo deve essere pari a
    12,5 mm.
  • Montaggio C. La distanza tra il sensore e l’obiettivo deve essere pari a 17,526 mm.

È possibile montare un obiettivo C su una telecamera predisposta per obiettivi CS utilizzando semplicemente un distanziatore da 5 mm (anello adattatore C/CS). Se la telecamera non consente di mettere a fuoco correttamente le immagini, è possibile che sia stato montato un obiettivo errato.

Ulteriori informazioni: Obiettivi per telecamere termiche

Rapporto F ed esposizione

In condizioni di scarsa illuminazione, in particolare in ambienti chiusi, un fattore importante per una telecamera di rete è la capacità di raccolta della luce dell’obiettivo. Questa può essere determinata dal rapporto F dell’obiettivo, anche noto come “f-stop”. Un rapporto F definisce quanta luce può passare attraverso l’obiettivo. Un rapporto F è il rapporto tra la lunghezza focale dell’obiettivo e il diametro dell’apertura o diametro del diaframma, ossia: Rapporto F = lunghezza focale/apertura.

Più basso è il valore del rapporto F (lunghezza focale ridotta rispetto ad apertura o apertura grande rispetto a lunghezza focale), migliore è la capacità di raccolta della luce dell’obiettivo; ossia, più luce arriva attraverso l’obiettivo al sensore immagini. In condizioni di scarsa illuminazione, un valore più basso del rapporto F solitamente garantisce una qualità dell’immagine migliore. Alcuni sensori, tuttavia, possono non essere in grado di sfruttare un rapporto F più basso in condizioni di scarsa illuminazione. Un obiettivo con un rapporto F basso è solitamente più costoso di un obiettivo con un rapporto F alto.

I rapporti F sono spesso indicati utilizzando l’espressione F/x. La barra indica il segno di divisione. Un rapporto F/4 indica che il diametro del diaframma è uguale alla lunghezza focale divisa per 4; quindi, se una telecamera ha un obiettivo da 8 mm, la luce deve passare attraverso un’apertura del diaframma di 2 mm di diametro. Sebbene gli obiettivi con diaframma regolabile automaticamente (diaframma DC) abbiano una gamma di rapporti F, spesso viene specificato solo il valore massimo della capacità di raccolta della luce della gamma (rapporto F più basso).

La capacità di raccolta di luce o il rapporto F di un obiettivo e il tempo di esposizione (ossia, la quantità di tempo che un sensore immagini è esposto alla luce) sono i due elementi principali che controllano la quantità di luce che un sensore immagini riceve. Un terzo elemento, il guadagno, è un amplificatore utilizzato per rendere l’immagine più luminosa. Tuttavia, aumentando il guadagno aumenta anche il livello di disturbo (granulosità) in un’immagine; pertanto, si consiglia di modificare il tempo di esposizione o l’apertura del diaframma.

In alcune telecamere Axis è possibile impostare valori limite per il tempo di esposizione e il guadagno. Maggiore è il tempo di esposizione, maggiore è la quantità di luce che un sensore immagini riceve. Gli ambienti luminosi richiedono un tempo di esposizione più breve, mentre ambienti con scarsa illuminazione richiedono un tempo di esposizione più lungo. È importante tenere presente che aumentando il tempo di esposizione aumenta anche la possibilità di immagini sfocate, mentre aumentando l’apertura del diaframma è possibile che il campo visivo risulti ridotto.

È consigliabile scegliere un tempo di esposizione più breve in caso di movimenti rapidi o quando è necessaria un’elevata velocità di trasmissione. Un tempo di esposizione più lungo migliora la qualità dell’immagine in condizioni di scarsa illuminazione, ma può determinare immagini sfocate e ridurre la velocità di trasmissione totale, poiché per l’esposizione di ciascun fotogramma è necessaria una maggiore quantità di tempo. In alcune telecamere di rete, l’impostazione automatica dell’esposizione significa che la velocità di trasmissione aumenterà o diminuirà in base alla quantità di luce disponibile. Solo quando la quantità di luce diminuisce è importante prendere in considerazione aspetti quali la luce artificiale, la velocità di trasmissione prioritizzata o la qualità dell’immagine.

L’interfaccia utente di una telecamera con opzioni per l’impostazione dell’esposizione in condizioni di scarsa illuminazione.

Diaframma manuale o automatico

In ambienti chiusi dove le condizioni di luce possono essere costanti, è possibile utilizzare un diaframma a controllo manuale. Questo tipo di obiettivo prevede un anello per regolare il diaframma oppure il diaframma viene fissato a un determinato rapporto F. Questa seconda soluzione viene utilizzata da Axis per telecamere di rete da interni.

È consigliabile utilizzare un obiettivo con diaframma regolabile automaticamente per ambienti esterni e con condizioni di illuminazione che cambiano costantemente. L’apertura del diaframma viene controllata dalla telecamera e continuamente modificata per garantire il livello di luce ottimale per il sensore immagini se le impostazioni dell’esposizione e del guadagno non sono disponibili o utilizzate nella telecamera di rete.

Profondità di campo

Un criterio che può essere importante per un’applicazione di videosorveglianza è la profondità di campo. La profondità di campo si riferisce alla distanza davanti e oltre il punto di messa a fuoco in cui gli oggetti appaiono nitidi. La profondità di campo può essere importante, ad esempio, per il controllo di un parcheggio, dove è possibile che sia necessario identificare targhe di automobili a una distanza di 20, 30 e 50 metri (60, 90 e 150 piedi).

La profondità di campo è influenzata da tre fattori: lunghezza focale, diametro del diaframma e distanza della telecamera dal soggetto. Una lunghezza focale lunga, un’apertura del diaframma grande o una distanza minima tra la telecamera e il soggetto limitano la profondità di campo.

Profondità di campo: immaginare una fila di persone una dietro l’altra. Se la messa a fuoco è sul centro della fila ed è possibile identificare i volti di tutte le persone davanti e dietro il punto centrale ad una distanza di più di 15 metri (45 piedi), la profondità di campo è buona.

Apertura del diaframma e profondità di campo. L’immagine precedente è un esempio della profondità di campo per diversi rapporti F con una distanza focale di 2 metri (7 piedi). Un rapporto F elevato (apertura del diaframma più piccola) consente agli oggetti di essere a fuoco in una gamma più lunga. In base alla dimensione dei pixel, aperture del diaframma molto piccole possono rendere un’immagine sfocata a causa della diffrazione.

Tipi di sistemi di controllo del diaframma