카메라 요소

Lens elements

네트워크 카메라의 렌즈 또는 렌즈 어셈블리는 여러 기능을 수행하며, 그러한 기능 은 다음과 같습니다:

  • 화각 정의. 즉, 장면에서 얼마나 많은 부분을 얼마나 자세하게 캡쳐해야 하는지를 정의
  • 이미지가 정확하게 노출되게 하기 위하여 이미지 센서를 통과하는 빛의 양을 제 어
  • 렌즈 어셈블리 내의 요소 또는 렌즈 어셈블리와 이미지 센서 간의 거리 조절을 통 한 포커스 조정

화각

카메라를 선택할 때에는 필요한 화각, 즉 촬영 영역을 고려해야 합니다. 화각은 렌즈 의 초점 거리와 이미지 센서의 크기로 결정됩니다

렌즈의 초점 거리는 단일 렌즈의 중심이나 복잡한 렌즈 어셈블리의 특정 지점과 모 든 광선이 하나의 점으로 모이는 지점(일반적으로 카메라의 이미지 센서) 간 거리로 정의됩니다. 초점 거리가 길수록 화각은 좁아집니다.

원하는 화각에 필요한 초점 거리를 알아내는 가장 빠른 방법은 회전 렌즈 계산기 또 는 온라인 렌즈 계산기lens calculator, )를 사용하는 것으로, Axis는 이 두 가지 방법을 모두 제공합니다. 네트워크 카메라의 이미지 센서 크기는 일반적으로 1/4”, 1/3” 및 1/2”이며 계산에 사용되어야 합니다. (The drawback of using a lens calculator is that it does not take into account any possible geometrical distortion of a lens.)

화각은 3가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 

  • 일반 보기: 사람의 눈과 같은 화각을 제공합니다.
  • 망원: 화각이 더 좁고, 일반적으로 육안으로 볼 수 있는 것보다 더 좋은 세밀도를 제공합니다. 망원 렌즈는 감시 물체가 작거나 카메라에서 멀리 떨어져 있는 경우 에 사용합니다. 망원 렌즈는 보통 일반 렌즈보다 집광 능력이 낮습니다.
  • 광각: 일반 보기보다 화각은 넓지만 세밀도 수준은 낮습니다. 광각 렌즈는 통상 피사계심도가 좋고 저조도 성능이 우수합니다. 광각 렌즈는 어안(fish-eye) 및 술 통형 효과 등의 기하학적 왜곡 현상을 일으킵니다.

Different fields of view: wide-angle view (at left); normal view (middle); telephoto (at right).

Network camera lenses with different focal lengths: wide-angle (at left); normal (middle); telephoto (at right).

렌즈의 주요 유형은 세 가지로 다음과 같습니다.

  • 고정 렌즈: 이와 같은 렌즈는 고정된 초점 거리, 즉 한 가지 화각(일반, 망원, 광각) 만 제공합니다. 고정형 네트워크 카메라 렌즈의 일반적인 초점 거리는 3mm입니 다. 
  • 가변 초점 렌즈: 이러한 유형의 렌즈는 초점 거리가 다양해 화각이 여러 가지입니 다. 화각은 수동 또는 모터로 조정할 수 있습니다. 화각이 바뀔 때마다 사용자는 렌즈 포커스를 다시 맞춰야 합니다. 네트워크 카메라용 가변 초점 렌즈의 초점 거 리는 3mm ~ 8mm인 경우가 많습니다.
  • 줌 렌즈:  줌 렌즈는 사용자가 화각을 다양하게 선택할 수 있다는 점에서 가변 초 점 렌즈와 유사합니다. 하지만 줌 렌즈를 사용하면 화각을 변경한 경우에 렌즈의 포커스를 다시 맞출 필요가 없습니다. 예를 들어 5.1mm ~ 51mm의 초점 거리 범 위 내에서 초점을 유지할 수 있습니다. 렌즈 조절은 수동으로 하거나 자동화하여 원격 제어할 수 있습니다. 예를 들어 렌즈에 10배 줌 기능이 설명되어 있는 경우 이는 렌즈의 최장 초점 거리와 최단 초점 거리 간의 비율을 의미합니다.

렌즈와 센서의 일치

네트워크 카메라의 렌즈를 교체할 수 있는 경우에는 카메라에 적합한 렌즈를 선택 하는 것이 중요합니다. 1/2인치 이미지 센서용 렌즈는 1/2인치, 1/3인치, 1/4인치 이 미지 센서와 함께 사용할 수 있지만, 2/3인치 이미지 센서와는 함께 사용할 수 없습 니다.

렌즈가 실제 카메라 안에 장착된 것보다 작은 이미지 센서용으로 만들어진 경우 이 미지의 모서리 부분이 검게 됩니다(아래 그림 3.2c의 왼쪽 그림 참조). 렌즈가 카메라 안에 장착된 것보다 큰 이미지 센서용으로 만들어진 경우에는 정보 중 일부가 이미 지 센서 밖으로 “손실”되어 화각이 렌즈의 성능보다 작아집니다(그림 3.2c 오른쪽 그 림 참조). This situation creates a telephoto effect as it makes everything look zoomed in.

Examples of different lenses mounted onto a 1/3-inch image sensor.

메가픽셀 카메라의 렌즈를 교체할 때에는 고품질의 렌즈가 필요합니다.메가픽셀 센서의 픽셀은 VGA 센서(640x480 픽셀)의 픽셀보다 훨씬 작기 때문입니다. 카메라의 기능을 완전히 활용하려면 렌즈의 해상도를 카메라 해상도와 일치시키는 것이 좋습니다.

렌즈 마운트 표준

렌즈를 교환할 때에는 네트워크 카메라에 어떤 종류의 렌즈 마운트가 있는지 알아야 합니다. 네트워크 카메라에 사용되는 두 가지 주요 표준은 CS 마운트와 C 마운트입니다. 이들 두 마운트에는 1인치 나사산이 있으며 형태가 동일합니다. 차이점은 카메라에 장착했을 때 렌즈와 센서 간의 간격입니다.

  • CS 마운트의 경우 센서와 렌즈 간의 간격은 12.5 mm입니다.
  • C 마운트의 경우 센서와 렌즈 간의 간격은 17.526 mm입니다.

5 mm 스페이서(C/CS 어댑터 링)를 사용하면 C 마운트 렌즈를 CS 마운트 카메라 본체에 장착할 수 있습니다. 렌즈의 포커스를 맞출 수 없는 경우, 이는 잘못된 종류의 렌즈를 사용했기 때문일 가능성이 높습니다.

 TA 마운트를 사용하는 열상 카메라용 렌즈도 참조하십시오.

f-넘버 및 노출

저조도 상황, 특히 실내 환경에서 확인해야 하는 네트워크 카메라의 중요한 요소는 렌즈의 집광 능력입니다. 이는 렌즈의 f-넘버로 결정되며, 이는 f-stop으로도 알려져 있습니다. f-넘버는 얼마나 많은 빛이 렌즈를 통과할 수 있는지를 결정합니다.

f-넘버는 초점 거리를 조리개(아이리스) 직경으로 나눈 값(초점 거리/조리개 직경)입니다.

f-넘버가 작을수록(조리개에 비해 초점 거리가 짧거나 초점 거리에 비해 조리개가 큰 경우), 렌즈의 집광 능력이 좋아집니다. 즉, 더 많은 빛이 렌즈를 통과해 이미지 센서에 도달합니다. 저조도 상황에서는 일반적으로 f-넘버가 작으면 더 좋은 이미지 품질이 생성됩니다. (그러나 일부 센서의 경우, 설계 방식으로 인해 저조도 상황에서 낮은 f-넘버를 활용할 수 없는 경우도 있습니다.) 반면 f-넘버가 높으면 피사계심도가 증가합니다. 이는 아래에 설명되어 있습니다. f-넘버가 낮은 렌즈는 일반적으로 f-넘버가 높은 렌즈에 비해 비쌉니다.

f-넘버는 f/x로 표시합니다. 슬래시(/)는 나누기를 나타냅니다. f/4는 아이리스 직경이 초점 거리를 4로 나눈 값과 같다는 것을 의미합니다. 따라서 카메라에 8 mm 렌즈가 있는 경우, 빛은 직경이 2 mm인 아이리스를 통과해야 합니다.

자동 조절식 아이리스(DC-iris)가 있는 렌즈의 f-넘버는 다양하며, 최대 집광 능력을 나타내는 가장 작은 f-넘버만 명시되는 경우가 많습니다.

렌즈의 집광 능력(f-넘버)과 노출 시간(이미지 센서가 빛에 노출되는 시간의 길이)은 이미지 센서가 받는 빛의 양을 결정하는 두 가지 주요 요소입니다. 세 번째 요소인 게인은 이미지를 더 밝게 만드는 데 사용하는 증폭을 나타냅니다. 그러나 게인을 증가시키면 이미지의 노이즈(입자성) 수준이 높아지며, 따라서 노출 시간 또는 아이리스 개방을 조절하는 것이 좋습니다.

일부 Axis 카메라의 경우, 노출 시간 및 게인의 한계를 설정할 수 있습니다. 노출 시간이 길어지면 이미지 센서가 더 많은 빛을 받습니다. 밝은 환경에서는 노출 시간이 짧아야 하며, 저조도 상황에서는 노출 시간이 길어야 합니다. 노출 시간을 증가시키면 모션 블러도 증가하며, 아이리스 개방이 증가하면 피사계심도가 감소하는 단점이 있습니다. 이와 관련된 사항은 아래 섹션에서 설명됩니다.

빠른 움직임이 있거나 높은 프레임 레이트가 필요한 경우, 짧은 노출 시간을 설정하는 것이 좋습니다. 노출 시간이 길면 낮은 조도에서 이미지 품질을 향상시킬 수 있지만 각 프레임 노출에 더 긴 시간이 필요하기 때문에 모션 블러가 증가하고 총 프레임 레이트가 낮아질 수 있습니다. 일부 네트워크 카메라의 경우, 자동 노출 설정이란 이용 가능한 빛의 양에 따라 프레임 레이트가 증가하거나 감소한다는 것을 의미합니다. 조명 수준이 감소할 때에만 인공 조명이나 우선순위 프레임 레이트 또는 이미지 품질이 중요한 고려 요소가 됩니다.

A camera user interface with options for setting, among other things, exposure in low-light conditions.

고정 또는 조절식 아이리스

카메라의 아이리스 개방을 조절하는 기능은 이미지 품질 면에서 중요한 역할을 합니다. 아이리스는 이미지 센서에 대한 최적의 조도 수준을 유지하는 데 사용하며, 양호한 콘트라스트와 해상도를 통해 이미지가 명확하고 선명하며 올바르게 노출될 수 있도록 합니다. 아이리스는 피사계심도를 조절하는 데에도 사용할 수 있습니다. 아이리스 조절은 고정식 또는 조절식일 수 있습니다. 조절식 아이리스 렌즈는 수동 또는 자동(자동 아이리스 및 P-Iris)일 수 있습니다.

피사계심도

영상 감시 장비에 중요한 기준 한 가지는 피사계심도입니다. 피사계심도란 물체가 동 시에 선명하게 보이는 경우 초점의 앞뒤 거리를 의미합니다. 피사계심도는 예를 들 어 주차장 모니터링 시 20미터, 30미터, 50미터(60피트, 90피트, 150피트) 떨어진 곳 에 있는 차량의 번호판을 식별해야 하는 경우가 있기에 중요합니다.

피사계심도에 영향을 주는 요소는 초점 거리, F넘버, 카메라와 피사체의 거리, 이미 지가 얼마나 세밀히 보여지는지를 측정하는 착락원(錯亂圓),이렇게 4가지입니다. 초 점 거리가 길거나, 입사동이 크거나, 카메라와 피사체 간 거리가 짧거나, 클로즈업 보 기를 사용하면 피사계심도가 제한됩니다.

피사계심도: 사람들이 뒤쪽으로 줄을 지어 서 있다고 상상해 보십시오. 초점이 줄의 중간 에 있는 경우, 좋은 피사계심도는 중간 지점으로부터 15미터 이상 떨어져 있는 중간 지점 앞뒤에 있 는 사람들 얼굴을 모두 식별할 수 있습니다..

아이리스 개구부 및 피사계심도. 위 그림은 초점 거리가 2미터(7피트)일 때 다양한 F넘버 에 적용되는 피사계심도의 예입니다. F넘버가 크면(아이리스 개구부가 작아짐) 더 넓은 범위에 걸쳐 물체에 초점을 맞출 수 있습니다. (픽셀 크기에 따라 아이리스 개구부가 아주 작으면 굴절로 인해 이 미지가 흐려질 수 있습니다).

조리개 조절 유형