Прежде чем сравнивать разрешение объективов для системы видеонаблюдения, приведем таблицу с такими характеристиками, как коэффициенты светорассеяния, светопропускания, неперпендикулярность оптической оси к посадочному торцу и относительное отверстие диафрагмы.
Коэффициенты светопропускания у всех трех объективов оказались относительно высокими - не ниже 90%. Светорассеяние объективов практически одинаковое и, скорее всего, обусловлено несовершенством технологических процессов изготовления.
Неперпендикулярность оптической оси у всех трех объективов оказалась относительно невысокой. Однако если сопоставить отклонение оптической оси с глубиной резкости объектива и учесть размер матрицы фотоприемника, то окажется, что мы получим величины одного порядка. На этом мы остановимся немного подробнее.
Для случая, когда объектив с фокусным расстоянием 25 мм имеет отклонение оптической оси 0.2° (на примере объектива Pentax C2514-M) и используется с матрицей фотоприемника 8.8x6.6 мм, наблюдается следующая картина. Допустим, что матрица установлена точно по центру, параллельно плоскости крепления объектива. При угле отклонения 0.2° смещение центра изображения от центра матрицы не превысит 90 мкм, т.е. можно считать, что его практически нет. Далее предположим для начала, что поле изображения плоское (не обладает кривизной). Так как имеется отклонение оптической оси, то поле изображения не «ляжет» полностью на плоскость матрицы фотоприемника (рассматриваем сечение). Один край останется перед матрицей, а второй уйдет за нее. Соответственно, с увеличением углового поля будетувеличиваться зазор между матрицей и полем изображения. На расстоянии 4.4 мм от центра (край изображения) этотзазор составите мкм. Снова обратимся красфокусиро-вочным характеристикам объектива. Обращаем внимание на то, что смещение на 15 мкм приводит к заметному изменению КПК. В этом и заключается один из недостатков малой глубины резко изображаемого пространства. А теперь вспомним, что поле изображения обладает кривизной. По этой причине в той части изображения, где поле «ушло за матрицу», его кривизна отчасти скомпенсирует отклонение оптической оси, а с противоположной стороны - усугубит, т. е. зазор увеличится. Здесь также стоит добавить, что матрица фотоприемника телекамеры может стоять с небольшим перекосом, который предугадать весьма не просто.
У объективов Fujinon HF25HA-1B и Computar M2514-MP отклонение оптической оси в два раза меньше, поэтому и зазор будет в два раза меньше, соответственно и влияние будет меньше.
Хотим также отметить, что, по мнению специалистов в области оптических измерений, такие отклонения оси являются неизбежным технологическим разбросом.
По результатам измерений относительного отверстия безусловно следует отметить объектив Fujinon HF25HA-1B, у которого получилось наиболее точное совпадение измеренного и заявленного значений. В пределах ошибки округления остается объектив Pentax C2514-M, а вот на объективе Computar М2514-МР значение этого параметра явно округлили не в ту сторону. Объектив Computar M2514-MP отличается еще и тем, что у него самый маленький шаг изменения относительного отверстия. Поэтому, если потребуется выставить точное значение диафрагмы, то сделать это будет затруднительно.
Теперь сопоставим те характеристики объективов, которые мы ранее рассматривали по отдельности. На рисунке выше отображены частотно-контрастные характеристики протестированных объективов. Также мы решили к ним добавить аналогичную характеристику старого отечественного киносъемочного объектива Вега-7 с фокусным расстоянием 20 мм и относительным отверстием F2.0 (любезно предоставленного компанией «Спецтелетехни-ка»), который мы уже давно используем при тестировании телекамер.
Для полноты представления о качестве объективов приведем изображения пятен рассеяния на оси.
Как видно из топограмм пятна рассеяния объектив Fujinon HF25HA-1B обладает осевой комой и более заметными сферическими аберрациями, что выражается в распределении энергии в кружке рассеяния. Также бросается в глаза несимметричность распределения. Объектив Computar M2514-MP отличается меньшим радиусом центрального кружка, a Pentax C2514-M его симметричностью.
Среди трех объективов, которым посвящено данное тестирование, наилучшим разрешением на оси обладает
Обратите внимание на ЧКХ объектива Вега-7
Computar M2514-MP. Тот факт, что график характеристики объектива Fujinon HF25HA-1B проходит ниже остальных, объясняется его более низким заявленным разрешением - 1.5 мегапиксела. А вот объектив Вега-7 разрабатывался для использования с кинопленкой с размером кадра до 7.4x10.5 мм. С учетом того, что он рассчитывался на больший формат кадра (формат 2/3" - 8.8x6.6 мм), этот объектив обладает большей разрешающей способностью в центре поля. Также обратим внимание, что его заявленная фотографическая разрешающая способность в центре поля не менее 55 линий на миллиметр. Как показывает ЧКХ, на данной пространственной частоте объектив Вега-7 имеет КПК 0.8. В то же время заявленным значениям пространственных частот тестируемых объективов соответствует КПК около 0.4. Более того, этот объектив рассчитан на больший угол поля зрения. Частотно-контрастные характеристики объектива Вега-7 на поле 9° мы приводить не стали, так как максимальное угловое поле для него - 16° (полный горизонтальный угол 32°), но, тем не менее, укажем, что по паспорту разрешение по полю изображения составляет не менее 35 линий на миллиметр. Дополнительные комментарии здесь будут излишни.
Частотно-контрастные характеристики на угловом поле 9°, -9° показывают превосходство объектива Pentax C2514-M, у которого, как было отмечено ранее, получается наилучшим сочетание разрешающей способности в центре и по краям.
Топограммы пятна рассеивания
Для наглядности приведем таблицу соотношений КПК на заданной пространственной частоте (130 л/мм) для оси и углового поля, а также таблицу соотношений пространственных частот при заданном КПК (40%).
Чем меньше соотношение коэффициентов передачи контраста на оси и на поле для заданной пространственной частоты, тем лучше будет восприниматься изображение. То же самое можно сказать и о разности пространственных частот при фиксированном значении КПК. Наоборот, если разность велика, то будет бросаться в глаза размытость на краях изображения. Таким образом, наихудшее соотношение получилось у объектива Computar M2514-MP.
Сравнивая расфокусировочные характеристики, обращаем внимание, что, хотя объектив Pentax С2514-М обладает меньшей глубиной резко изображаемого пространства, у него менее всего заметен астигматизм на оси. Аналогичная характеристика объектива Fujinon HF25HA-1B отличается от других нехарактерным провалом при смещении плоскости изображения в положительном направлении.
При закрытой диафрагме F5.6 объективы Pentax C2514-M и Computar M2514-MP обладают практически одинаковым разрешением и глубиной резкости в центре, a Fujinon HF25HA-1B заметно превзошел конкурентов по обоим параметрам.
Теперь осталось сравнить, насколько эти объективы отличаются равномерностью распределения КПК по полю изображения. В самом конце статьи отдельно приведены графики для меридионального и сагиттального сечений. В первую очередь обратим внимание на распределение КПК у объектива Pentax C2514-M. На угловом поле 3° наблюдается провал, который вероятно обусловлен локальной неоднородностью. Напоминаем, что измерения проводились только в одном произвольно выбранном сечении. Обычно в подобных ситуациях такую точку «выбрасывают» и проводят интерполяцию по соседним точкам. Результатом такой интерполяции является желтая штриховая линия, описывающая распределение КПК по полю изображения. Примечательно, что в таком случае у объектива Pentax C2514-M сохраняется высокое разрешение в пределах углового поля от -6° до 6°. Объектив Computar M2514-MP, с одной стороны, положительно характеризуется хорошей симметричностью распределения, а с другой - большим перепадом КПК в центре и по краям, о чем было сказано ранее.
Из конструктивных особенностей объективов следует отметить следующее. Фокусировка изображения у всех объективов осуществляется перемещением всей группы линз вдоль оптической оси. В случае короткофокусных объективов для исправления аберраций при фокусировке перемещается отдельная группа линз, но для объективов с фокусным расстоянием 25 мм это уже не актуально.
Результаты данного тестирования в первую очередь продемонстрировали нам, в общем, невысокие показатели качества мегапиксельных объективов. Однозначно говорить о том, какой объектив лучше, нельзя. Нужно исходить из того, что ожидается получить от объектива, при каких относительных отверстиях планируется его использовать.
Объектив Fujinon HF25HA-1B обладает чуть меньшим по сравнению с остальными объективами разрешением в центре изображения и средним соотношением разрешающей способности в центре и по полю. Вместе с этим Fujinon HF25HA-1B имеет относительно большую глубину резко изображаемого пространства и наибольшее значение КПК на расчетной частоте при частично закрытой диафрагме F5.6. Однако при таком относительном отверстии диафрагмы объектив имеет сильный спад распределения КПК в меридиональном сечении по полю изображения. Как достоинство можно выделить наиболее точное соответствие заявленного и реального отверстия - F1.39 при заявленном значении F1.4. Недостатком объектива является его децентриров-ка, что является причиной наличия комы на оси, в то время как кома считается внеосевой аберрацией.
Объектив Computar M2514-MP показал самую высокую разрешающую способность на оси и в то же время самый большой разброс разрешающей способности в центре и по краям изображения. Это означает, что наиболее четко будет отображаться только центральная часть изображения в пределах от -3° до 3°. Наряду с достаточно большой глубиной резко изображаемого пространства этот объектив оказался наиболее симметричным по полю изображения, но оговоримся, что это характерно для случайно выбранной плоскости. При частично закрытой диафрагме F5.6 примечательно практически равномерное распределение КПК по полю изображения, но вместе с тем наблюдается сильное снижение максимального значения КПК в центре.
Почему мы обратили внимание на равномерность распределения КПК по полю? Дело в том, что полевая кома больше всего проявляется именно в меридиональном сечении, а, в отличие от других объективов, Computar М2514-MP имеет равномерное распределение КПК по полю, в том числе и в меридиональном сечении. Объектив Computar М2514-МРобладаеттакже наибольшим расхождением между заявленным и реальным значениями относительного отверстия диафрагмы - F1.47 при заявленном значении F1.4.
Объектив Pentax C2514-M продемонстрировал наилучшее соотношение разрешающей способности в центре и по краям при относительно высокой разрешающей способности в центре. Однако объектив обладает малой глубиной резко изображаемого пространства, что в совокупности с ощутимой неперпендикулярностью оптической оси к посадочному торцу, может привести к неблагоприятным последствиям. Уменьшение относительного отверстия диафрагмы у Pentax C2514-M до F5.6 приводит к заметной потере КПК на расчетной частоте и одновременно негативно сказывается на его распределении по полю изображения в меридиональном сечении.
0 комментариев