Guida alla scelta degli Obiettivi

Application Note n° 008
Guida Tecnica
Obiettivi
Brahms è un marchio di BPT SpA
Via Cornia n°1/b
Tel.
Fax
+39
+39
33079 Sesto al Reghena (PN) Italia
www.bpt.it
0421/241241
0421/241053
Registro imprese di Pordenone
P.Iva:
00180540270
Capitale Soc. € 1.986.600,00
i.v.
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Application Note n° 008
Cos’è un Obiettivo
Un’ obiettivo è un insieme di una o più lenti che rifrangono la luce sull’ elemento sensibile, permettendo di
focalizzare l’ immagine da riprendere sul sensore (CCD) della telecamera. L'obiettivo ha all' interno una lente
convessa, che devia i raggi di luce che la attraversano e li fa convergere verso un punto poco oltre la lente stessa, dove
si trova il CCD.
A garanzia di un buon risultato è necessario scegliere obiettivi di qualità, tali da non indurre distorsioni geometriche e
cromatiche della zona ripresa, con capacità di trasmettere al sensore della telecamera la massima quantità di luce
riflessa dalla scena. La realizzazione con un blocco di lenti sigillate in vetro, unitamente al trattamento di coating che
tali lenti hanno subito, è sinonimo di efficienza e durata dell’obiettivo, traducibile in un’ immagine che nel tempo non
perde la sua nitidezza e definizione a seguito dell’ intervento degli agenti atmosferici a cui può risultare esposto.
Nella scelta degli obiettivi, le principali caratteristiche tecniche da tenere in considerazione sono:
•
•
•
•
•
Lunghezza focale (f) o angolo di ripresa
Iride (manuale/automatica, video o DC drive)
Rapporto di apertura F
Profondità di campo
Formato
Lunghezza Focale
La lunghezza focale “f” rappresenta la distanza tra il centro ottico dell’ obiettivo e uno dei due fuochi che cadono sul
piano focale. Il CCD si trova sull’ asse ottico in corrispondenza del fuoco posteriore (nel caso di una telecamera
prenderemo naturalmente in considerazione solo questo)
Il punto focale di una lente è il punto posto lungo l'asse ottico dove l'obiettivo è
in grado di ricostruire un'immagine perfettamente a fuoco. In corrispondenza di
questo punto si trova il CCD. Qui viene ricreata un immagine rettangolare
(rovesciata) grande quanto il CCD. La distanza dalla lente al punto in cui
convergono i raggi luminosi è detta appunto lunghezza focale.
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La distanza focale, espressa in millimetri, determina l’
angolo di visuale della zona ripresa dal sensore: maggiore è
l’ angolo di ripresa, minore è la lunghezza focale, e
viceversa.
Per spiegare tutto in termini più pratici, possiamo dire che
un aumento della distanza focale provoca uno zoom sul
soggetto che andremo ad inquadrare (con conseguente
riduzione dell’ angolo di ripresa), mentre una diminuzione
di f provoca una visione grandangolare (con conseguente
allargamento dell’ angolo di ripresa).
Si possono evidenziare, in base alle caratteristiche costruttive, tre tipi di obiettivi:
•
A focale fissa: l’ angolo di ripresa non può essere cambiato. Sono i più semplici ed economici, ma richiedono
una corretta misurazione della dimensione della scena e della distanza che intercorre con la telecamera. Un
calcolo errato comporta inquadrature troppo larghe o troppo strette, che implicano di conseguenza la
sostituzione con un altro obiettivo.
• Varifocal: l’ angolo di ripresa può essere variato manualmente entro un determinato range (p.e. 3,5-8mm)
utilizzando l’ apposita ghiera.
Rispetto ai precedenti sono più flessibili, consentendo di regolare le dimensioni della zona di ripresa in fase di
installazione con una certa tranquillità.
•
Motorizzati: progettati per dare la possibilità all’ operatore da postazione remota di modificare la lunghezza
focale (per esempio zoom 10x, 16x) tramite le apposite tastiere di comando. Permettono sia la visione
panoramica della zona da riprendere sia l’ ingrandimento per poter vedere i particolari anche molto piccoli
Iride
L’ Iride è un meccanismo interno dell'obiettivo in grado di regolare la luminosità
che raggiunge il sensore della telecamera (si tratta di una morsa che si apre e si
chiude in base al livello di luce). In base alle caratteristiche costruttive, esistono
tre tipi di obiettivi:
•
Con iride manuale: l'iride può essere regolata manualmente ma, non essendo variabile al variare delle condizioni
di luminosità della scena (esempio passaggio da luce diurna a luce notturna), limita l'utilizzo solo per
installazioni da interno con condizioni di luminosità pressoché costante.
•
Autoiris comandati dalla telecamera (DC): l'iride viene regolata automaticamente dalla telecamera, che ne
determina l'apertura e la chiusura in modo lineare a seconda dell'intensità di luce presente sul sensore della
telecamera. L'utilizzo di tali obiettivi presuppone che a bordo della telecamera sia presente il circuito
elettronico di pilotaggio (DC drive appunto).
•
Autoiris con circuito di compensazione a bordo (VIDEO): sono i più complessi, in quanto hanno al loro interno
il dispositivo elettronico di comando e controllo dell' illuminazione al sensore. Oltre ad essere più costosi dei
precedenti, non sempre garantiscono risultati ottimali in quanto agiscono in modo indipendente dalla telecamera.
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Rapporto di apertura (F-stop)
Per determinare la luminosità di un obiettivo non è sufficiente conoscere il valore di apertura, ma è necessario conoscere anche la lunghezza focale.
A titolo esemplificativo immaginiamo di guardare attraverso lo spioncino di una porta; tenendo l’occhio vicino allo spioncino vedremo una
determinata immagine, allontanandoci vedremo l’ immagine sempre meno luminosa e chiara.
Pertanto, a diametro dello spioncino invariato, cambierà solo la distanza (lunghezza focale), e, conseguentemente, a parità di diaframma, una focale
corta darà sempre più luminosità di una focale lunga
L’ F-stop è il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro dell’ obiettivo, e rappresenta la capacità di trasferire la luce
al sensore della telecamera, interdicendone quasi completamente il passaggio in condizioni di luce intensa o
minimizzandone l’ attenuazione (se non addirittura amplificandola) in caso di scarsa luminosità. Come già accennato
minore è il valore di F, maggiore sarà la quantità luce ricevuta dal sensore. Con un rapporto di apertura uguale ad 1
(distanza focale = diametro) la luce non viene attenuata ne amplificata, un rapporto di apertura di 1,2 (distanza focale >
diametro) attenua invece il livello di luce,mentre un rapporto di apertura di 0,8 amplifica il livello di luce.
F-Stop alto (2...3,5 o più) = Obiettivo chiuso, per riprese di esterni o interni ben illuminati
F-Stop basso (1,2...2) = Obiettivo aperto, per riprese in interno anche in condizioni di poca luminosità, soggetto a
sbiancamenti e sovraesposizione all'aperto
Profondità di campo
Definisce lo spazio lungo l’ asse in cui un oggetto può muoversi rimanendo sempre a fuoco. Grande profondità di
campo significa maggior zona ripresa a fuoco, sia per oggetti vicini che per oggetti lontani.
La profondità di campo dipende da:
Apertura del diaframma
Ad aperture di diaframma maggiori (e quindi un valore assoluto minore) corrispondono minori profondità di
campo e viceversa.
Distanza del piano di messa a fuoco (Soggetto)
Ossia la distanza del soggetto dall’ obiettivo: maggiore sarà la distanza, più ampia sarà la profondità di campo.
Lunghezza focale dell’obiettivo
maggiore è la lunghezza focale, minore è la profondità di campo.
Poiché durante le riprese notturne l’ obiettivo è completamente aperto (F con valori minimi), la profondità di campo è
inferiore e la zona ripresa non è più completamente a fuoco. Pertanto è consigliabile eseguire la taratura delle
telecamere sempre in assenza di luce, allo scopo di utilizzare gli appositi filtri attenuatori di luce.
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Formato
Il formato della lente, espresso in pollici, caratterizza la dimensione dell'area sulla quale viene focalizzata la scena. Nella
scelta dell'obiettivo si tenga presente che il suo formato immagine deve essere uguale o maggiore a quello del sensore della
telecamera.
Nel caso si utilizzi lo stesso formato per l'obiettivo e per il sensore della telecamera, l'angolo di ripresa della telecamera e
quello visivo dell'obiettivo coincidono, mentre se si utilizza un obiettivo con formato immagine superiore a quello della
telecamera, l'angolo di ripresa utile della telecamera risulterà inferiore a quello della lente. Costruttivamente gli
obiettivi vengono realizzati con due tipi di attacchi: C o CS, i quali differiscono fra di loro per la distanza tra la battuta
dell'obiettivo ed il piano focale (17,5 mm per il C, 12,5 mm per il CS). Tramite l'apposito anello adattatore, le telecamere con
passo CS possono essere equipaggiate con obiettivi a passo C. Viceversa l' utilizzo di obiettivi CS su telecamere tipo C
causa la difficoltà nella regolazione della messa a fuoco.
Filtri
In generale, la taratura del sistema obiettivo/telecamera deve essere fatta nelle condizioni più gravose. Talora risulta utile
poter simulare o modificare il contesto generale della scena.
In queste circostanze si ricorre all'utilizzo dei filtri da installare sugli obiettivi. I filtri più utilizzati nel campo della TVCC
sono:
•
•
•
•
•
Filtro di attenuazione luce fattore 10 (neutral density 1): permette di attenuare la luce di un fattore 10 e viene
utilizzato in fase di taratura delle telecamere a colori,
Filtro di attenuazione luce fattore 1000 (neutral density 3): permette dì attenuare la luce di un fattore 1000, ed è
quindi in grado di simulare le condizioni notturne con qualsiasi tipo di luminosità diffusa. Viene utilizzato in
fase di taratura delle telecamere monocromatiche o per ridurre la luce in modo permanente nei casi di forti
illuminazioni.
Filtro passaggio raggi infrarossi: permette il passaggio della sola luce infrarossa, utile quindi per simulare il
funzionamento degli illuminatori IR anche durante le ore diurne. Viene utilizzato con le telecamere bianco e nero,
Filtro per la riduzione raggi infrarossi: permette di ridurre la componente di raggi infrarossi, ed è utile nelle
circostanze in cui si è in presenza di forte intensità della luce naturale, con
angoli di ripresa larghi e quindi con la possibilità che si crei il fenomeno dell'abbagliamento.
Filtro polarizzatore: indicato in aree vaste con presenza di foschia generata dal calore o abbagliamento causato da
elementi quali specchi, vetri, laghi, stagni ecc.
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Calcolo della focale
E' possibile calcolare la lunghezza focale necessaria per vedere un oggetto posto ad una determinata distanza
conoscendo le dimensioni del sensore (1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4").
E' anche possibile, conoscendo la focale dell'obiettivo da usare, calcolare le dimensioni di quanto viene visto.
La tabella che segue contiene le formule necessarie per i calcoli.
h = Altezza oggetto
f = Lunghezza focale (mm)
l = Larghezza oggetto
D = Distanza dall’ obiettivo
Formato Sensore
Calcolo focale
Calcolo Altezza
Calcolo Larghezza
Calcolo Distanza
1”
9.6 D/h o 12.7 D/l
9.6 D/f
12.7 D/f
h f/9.6 o l f/12.7
2/3”
6.6 D/h o 8.8 D/l
6.6 D/f
8.8 D/f
h f/6.6 o l f/8.8
1/2”
4.8 D/h o 6.4 D/l
4.8 D/f
6.4 D/f
h f/4.8 o l f/6.4
1/3”
3.6 D/h o 4.8 D/l
3.6 D/f
4.8 D/f
h f/3.6 o l f/4.8
1/4”
2.4 D/h o 3.4 D/l
2.4 D/f
3.4 D/f
h f/2.4 o l f/3.4
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Tabella per il calcolo della focale
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