Регулировка диафрагмы ард что это

Системы видеонаблюдения активно применяют регулировку размера диафрагмы с целью уменьшения или увеличения количества попадающего на сенсор света. АРД (автоматическая регулировка диафрагмы) особенно часто встречается в камерах для уличного применения. Причина – резкое изменение уровня освещенности в течение дня. В помещениях обычно оно остается неизменным или меняется от привычного нам до полного отсутствия (выключение в конце рабочего дня).

В зависимости от того, сколько света попало на матрицу, будет отличаться качество конечной «картинки». Нежелателен как недостаток фотонов, так и их чрезмерное количество. Значение диафрагмы изменяется автоматически. Здесь играют роль показания датчика освещенности, контролирующего обстановку на улице или в помещении. Камера подстраивается под текущие параметры, выдавая максимально качественное изображение. Если света много – диафрагма оставляет небольшой промежуток для его проникновения внутрь. Если освещение слабое, диафрагма раскрывается полностью.

Существует 2 способа регулировки:

· Контроль по видеосигналу Video Drive, основанная на применении линз. Дает более точную подстройку, эффективно работает с прямыми солнечными лучами. Отличается более высокой стоимостью;

· Контроль по постоянному току (Direct Drive) – подходит для большинства объектов, имеет низкую стоимость.

Если камера устанавливается внутри помещения, разницы между 2 технологиями регулировки пользователь не замечает.

Преимущество АРД перед ручной регулировкой состоит в круглосуточном соответствии размера диафрагмы уровню освещенности. Ручная настройка подойдет для объектов, в которых уровень освещения неизменный либо нет необходимости в ночной съемки – склады, офисы, магазины. Электронный затвор способен лишь частично решить проблему – он перекрывает свету доступ к матрице, но не изменяет количество срабатываний в течение суток. Изменение освещенности без применения АРД-технологии приводит к недостаточной четкости изображения, его засвечиванию.

Объективы с автоматической регулировкой диафрагмы применяются во всех типах камер:

С инфракрасной подсветкой;

Со статичным фокусным расстоянием (устанавливается производителем);

С динамическим фокусным расстоянием (вариофокальный объектив, «фокус» настраивается на объекте.

Источник

Необходима ли IP-камерам АРД?

Изначально, в большинстве аналоговых камер видеонаблюдения применялся АРД, по другому эта технология называется DC-iris (также известный под названиями Direct drive, DC-диафрагма, и другими). Эта технология в устройствах захвата изображения (в том числе в IP-камерах) необходима, чтобы корректировать количество света, поступающего на светочувствительную матрицу при изменении условий освещения, а также глубину резко изображаемого пространства.

На иллюстрации: открытая, полуоткрытая и закрытая диафрагмы объектива.

При использовании этой технологии, камера видеонаблюдения, на программном уровне фиксирует недостаток освещения или его избыток (засветы изображения), после чего при помощи специального электродвигателя регулирует относительное отверстие объектива, увеличивая или уменьшая диаметр окна апертурной диафрагмы.

К сожалению, у технологии АРД нашлось немало недостатков. Так, сама апертурная диафрагма и связанный с ней двигатель имеют свойство выходить из строя: даже на профессиональных фотообъективах одной из частых проблем становится повреждение (износ) деталей устройства, обеспечивающих работу двигателя. Кроме того, в некоторых случаях диафрагма может быть заклинена в одном из крайних положений.

Также система АРД напрямую зависит от качества экспозамера в тех или иных камерах видеонаблюдения. Так как камере необходимо обработать видеопоток, установить наличие засветов или недостаток освещения, подать сигнал на электродвигатель АРД и после этого оценить результат работы диафрагмы, процесс обычно занимает чуть больше времени, чем при обработке средствами цифровой автоэкспозиции камеры.

Многие современные производители перестали использовать в своих объективах механическую диафрагму как таковую. Вместо этого в объективе используется полностью открытое относительное отверстие с высокой апертурой. Во-первых, это избавляет объектив от сложных механических деталей, требующих постоянного ухода и обслуживания. Во-вторых, это позволяет поддерживать постоянный показатель светосилы объектива.

При относительно небольшом размере матрицы IP-камеры, это не влияет на показатель глубины резкости изображаемого пространства при коротких фокусных расстояниях объектива, но позволяет использовать максимум попадающего на матрицу света.

В большинстве IP-камер вместо АРД используется технология ЦРЭ (цифровая регулировка экспозиции), также выступающая под различными названиями. При такой схеме, камера использует для регулировки экспозиции параметры светочувствительности матрицы (ISO, измеряются в условных единицах, а также в люксах), а также электронный затвор (Выдержка, обычно измеряется в долях секунды).

В случае изменения условий освещения, видеокамера с ЦРЭ изменяет предварительное усиление электрических сигналов светочувствительной матрицы под новые условия, а также изменяет промежуток времени между обнулением матрицы и моментом считывания с нее информации.

Наши инженеры протестировали камеры видеонаблюдения, оснащенные АРД и работающие с технологией ЦРЭ. Для тестов были использованы стандартные условия работы: 1) офисное помещение искусственным источником света / переключение в ночной режим съемки; 2) офисное помещение без источника света / резкая контровая засветка.

При переключении в ночной режим внутри помещения камера с ЦРЭ показала вдвое большую скорость адаптации к новым условиям освещения.

Отметим, что камеры не показали различий в скорости работы или в качестве изображения: камера с АРД и камера с электронным затвором выдавали сопоставимый уровень детализации изображения. Это говорит о том, что всю основную работу по подстройке изображения под условия освещения на каждом их устройств выполнял электронный затвор. Более того, после программного отключения функции АРД в тестовой камере, она практически не изменила скорость подстройки под новые условия экспозиции. Это говорит о том, что камера в первую очередь полагается на электронный затвор и чувствительность матрицы, а технология АРД исполняет исключительно «декоративную» функцию.

Источник

ТЕСТ Вариофокальные АРД-объективы с инфракрасной коррекцией и фокусным расстоянием от 3 до 8 мм

Напомним о способах измерения и оценки некоторых характеристик.
Значения величин светосилы получены путем их вычисления относительно светосилы эталонного объектива. Расчеты проводились на основании измеренных минимальных освещенностей, при которых визуально различаются крупные детали изображения, полученного при использовании эталонного и испытываемого объективов. Ниже заявленной светосила оказалась у объектива Fujinon, а выше – у Computar и Spacecom. Фокусные расстояния и углы обзора определены на основании размеров видимой на экране монитора части испытательной таблицы и расстояния от нее до передней линзы объектива при условии вписывания испытательной таблицы по вертикали.
Из-за больших геометрических искажений получаемого изображения и неопределенности расположения узловой точки объектива полученные значения фокусных расстояний и углов обзора могут отличаться от заявленных. Интерес при тестировании представляет диапазон фокусных расстояний, то есть оптическая кратность. Неравномерность освещенности по полю определяется при условии равномерной освещенности белого поля по всей площади. В качестве белого поля использована горизонтальная белая полоса в центральной части испытательной таблицы. Неравномерность освещенности определяется в процентах по степени отклонения уровня видеосигнала на краях изображения белого поля относительно его уровня в центре.
Как видно из результатов, этот параметр у всех объективов примерно одинаков.
Кривизна поля изображения – аберрация (искажения) оптических систем, при которой резкое изображение плоского предмета расположено не на плоскости, а на искривленной поверхности. При проецировании такого изображения на плоскость фотоприемника (ПЗС-матрицы) наблюдается расфокусировка на краю изображения относительно центра. Ее проявление определяется методом поочередной фокусировки по центру и краю изображения при условии минимальной глубины резкости (при полностью открытой диафрагме). Если положения узла фокусировки при этом различны, то имеет место кривизна поля изображения.
У всех проверенных объективов, кроме объектива Pentax на длинном фокусе, кривизна поля изображения малозаметна.
Геометрические искажения (дисторсия) выявляются средствами программного обеспечения по величине искажения вертикальных и горизонтальных линий на краю изображения относительно его размеров.
Функции передачи модуляции (ФПМ) для различных уровней освещенности (10, 100, 1000 и 10 000 лк) испытательной таблицы, а также при инфракрасной подсветке приведены в табл. 6 и 7. В качестве источника инфракрасного излучения использованы два инфракрасных прожектора ПИК 23 с длиной волны 870 нм. При этом проверялось изменение четкости изображения и наличие расфокусировки.
ФПМ описывает частотно-модуляционные характеристики объектива по полю получаемого изображения. Каждая кривая на ее графике свидетельствует об изменении глубины модуляции видеосигнала от центра к краю на определенной пространственной частоте относительно размаха черно-белого перепада в центре формируемого изображения. Значения пространственных частот выбраны из ряда: 250, 300, 400 и 500 ТВЛ. Совокупность графиков зависимости коэффициента передачи модуляции (КПМ) от пространственной частоты дают наглядное представление о величине контраста и четкости по всему полю изображения. Кривая Ч/Б описывает изменение контраста изображения черно-белого перепада от центра к краю, а кривые 250, 300, 400 и 500 ТВЛ – изменение контраста на соответствующей пространственной частоте, то есть четкости. Для более детального анализа полученных графиков ФПМ они разбиты на три группы. В пределах каждой группы выставлены оценки, которые сведены в табл. 9.
В первую группу включены графики ФПМ, полученные для полностью открытой диафрагмы – освещенность 10 лк. Эту группу следует выделить особо, так как она характеризует качество построения оптической системы объективов и их потенциальные возможности. В этой группе на обоих фокусах (fmin и fmax) наилучшую четкость обеспечивают объективы Computar и Daiwon.
Во вторую группу включены графики, полученные при различных режимах освещения, за исключением ИК-подсветки.
При анализе этих графиков основными критериями оценки являются повторяемость, что свидетельствует о стабильной четкости изображения, и высота расположения кривых над горизонтальной осью координат (величина контраста).
Известно, что контраст и четкость формируемого объективом изображения должны иметь максимальное значение в каком-то среднем положении диафрагмы. Такие свойства демонстрирует исключительно объектив Fujinon, причем как на минимальном, так и максимальном фокусном расстоянии.
Большая часть тестируемых объективов имеет провал четкости при освещенности около 100 лк. С помощью детального исследования этого провала выяснено, что при диафрагмировании происходит девиация (отклонение) фокальной плоскости, а при дополнительной фокусировке четкость изображения восстанавливается. На практике фокусировку объектива в разных режимах освещения изменить проблематично.
В качестве примера в табл. 8 приведены графики ФПМ объектива Kowa, полученные по обычной методике при дополнительной фокусировке на каждом уровне освещенности.
Объективы с явно выраженной расфокусировкой при изменении освещенности малопригодны для круглосуточного наблюдения.
Из графиков, полученных при различных уровнях освещенности (10, 100, 1000, 10 000 лк), видно, что наиболее стабильное и четкое изображение на обоих фокусах показали объективы Fujinon, Pentax и Tamron (лидеры во второй группе).
И наконец, третья группа графиков ФПМ дает представление о четкости формируемого изображения при освещении испытательной таблицы инфракрасным прожектором. В этой группе лидирует объектив Fujinon, второе место у объектива Tamron.
В таблицу включена также визуальная оценка качества живого изображения при ИК-подсветке, полученная непосредственно во время проведения испытаний. Результаты этой оценки не совсем совпадают с результатами, полученными на основе графиков ФПМ.
Падение четкости при ИК-засветке свидетельствует о наличии дисперсии и необходимости дополнительной фокусировки объектива.

* * *
Итак, все протестированные объективы отличаются высоким качеством и позволяют получать четкое изображение. У каждого изделия имеются отклонения по тому или иному параметру, однако эти отклонения можно признать допустимыми. Все протестированные объективы являются достойными представителями своего класса.
Полученные результаты позволяют выбрать оптимальную модель (по светосиле, четкости, цветопередаче, ИК-коррекции, углу обзора и т.д.) для решения той или иной задачи при использовании черно-белой или цветной ТВ-камеры.

Таблица 1. Заявленные характеристики и визуальный осмотр объективов

Источник