На что влияет фокусное расстояние объектива: Фокусное расстояние, угол обзора и перспектива в фотографии

Содержание

АйТек ПРО - системы видеонаблюдения

Углы обзора видеокамер, фокусные расстояния объективов

 Одним из важнейших параметров при выборе камеры видеонаблюдения является угол обзора объектива. Этот параметр характеризует ширину той картины, будет охвачена камерой. Расчет угла обзора, при этом, вовсе не является сложным инженерным вычислением, и может быть выполнен даже начинающим специалистом.
  
От чего зависит угол обзора камеры?

- от двух основных параметров:
 1. Фокусное расстояние. Оно является величиной, обратно пропорциональной углу обзора: чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше угол обзора. Таким образом, камеры длинным фокусным расстоянием применяются, как правило, для - охраны периметра или идентификации государственных номерных знаков. Существует ещё одна особенность – глубина резкости, чем больше величина f= фокусного расстояния тем выше требования к линзам объектива.

  Фокусное расстояние, в свою очередь, зависит от размера матрицы, величины наблюдаемого объекта и расстояния, на которое объект удален объект от камеры (если объектов несколько, то берется расстояние до самого дальнего).


Для расчета оптимального фокусного расстояния применяется следующая формула: f= h*S/Н или F= v*S/V, где h – размер горизонтальной стороны матрицы; S – расстояние до объекта слежения; H – размер объекта наблюдения по горизонтали; v – размер вертикальной стороны матрицы; V – размер объекта наблюдения по вертикали.

Таким образом, для расчетов могут применяться или вертикальные размеры матрицы и наблюдаемого объекта, или горизонтальные параметры.

2. Размер матрицы. Как указано выше, данный параметр влияет и на угол обзора, и на оптимальное фокусное расстояние. Величина сенсора прямо пропорциональна углу обзора – чем больше матрица, тем больше угол обзора. Например, камеры с матрицей 1/2.7 будут иметь больший угол обзора, чем устройства с матрицей 1/3. Широкоугольные камеры применяются для наблюдения за вытянутыми вширь площадями, например, за территорией, прилегающей к предприятию.

Как рассчитать угол обзора?
Для расчета угла обзора используется формула α = 2arctg(d/2F), где α - угол обзора объектива; d - размер матрицы; f - фокусное расстояние.

Соответственно, исходя из того, какие параметры были использованы при расчете фокусного расстояния – вертикальные или горизонтальные – рассчитывается вертикальный или горизонтальный угол обзора. Специалисты по проектированию и монтажу систем видеонаблюдения, однако, не рассчитывают угол обзора вручную, а используют готовые калькуляторы и таблицы. Ниже приведены таблицы, в которых содержатся значения угла обзора для наиболее распространенных размеров матрицы в соотношении с зонами детализации:

1. Наблюдение: объект занимает от 25 до 30 % высоты экрана. В этом масштабе различаются характерные детали объекта, например, цвет волос, одежда.
2. Узнавание: объект занимает как минимум 50 % высоты экрана, что позволяет с высокой долей вероятности определить, находился ли этот объект в зоне наблюдения ранее.
3. Идентификация: объект занимает 100 % высоты экрана, качество изображения и уровень детализации достаточны для однозначного установления личности.




Какой объектив нужен для камеры видеонаблюдения? в Минске

Даже самый незначительный компонент в системе видеонаблюдения играет важную роль в получении качественной картинки. Без объектива невозможна работа ни одной камеры, а его выбор напрямую оказывает влияние на качество изображения.  Хороший объектив даже с самой недорогой видеокамерой позволит получить классное изображение. В то же время, даже самое дорогое оборудование окажется бессмысленной тратой денег, если на него поставить некачественную оптику.

Объектив создаёт изображение в форме круга (image circle), а в камерах типа CCTV чувствительный элемент имеет прямоугольную форму (image size), поэтому получается прямоугольное изображение внутри круга (image circle). Отношение горизонтального размера сенсора к вертикальному называется форматным соотношением (aspect ratio) и для стандартной CCTV камеры это соотношение равно 4:3.


      


 



Посмотрим, на что следует обращать внимание при покупке объектива для камеры видеонаблюдения.

Современные объективы подразделяются на 3 основных типа:

  • Монофокальные. По-другому их еще называют статическими или фиксированными. У данных объективов величина фокусного расстояния зафиксирована и не может меняться, например, 3,6 мм, 12 мм и так далее. Они просты в установке и стоят сравнительно недорого, но произвести фокусировку на объекте или изменить угол обзора в этом случае не удастся. Видеокамера, оснащенная таким объективом, прекрасно подойдет для установки в углу и охватывать область 10 на 10 метров. 
  • Варифокальные. Они уже позволяют регулировать  фокусное расстояние и угол обзора. Другое дело, что это происходит в диапазоне значений, например 3,6 мм – 8 мм. Конечно, для них свойственна уже большая универсальность, но и стоят они дороже монофокальных. Чтобы производить настройку, понадобится произвести ручную фокусировку.
  •  Трансфокаторные, или зум-объективы - это самые универсальные устройства. Дают возможность регулировки угла обзора, а также масштабирования выбранного участка объекта. Особенно востребованы в случае применения поворотных видеокамер, поскольку множество параметров можно изменять дистанционно, при помощи пульта управления. По своей стоимости относятся к наиболее дорогим объективам. 
 
Объективов с переменным значением  обладают и определенными недостатками, кроме своей высокой цены:
  1. Непростой процесс настройки. 
  2. Надо обнаружить оптимальное соотношение фокусного расстояния и резкости, а также применять светофильтры для затемнения картинки, ведь запись будет вестись и в темное время суток.
  3.  Объективы с регулировкой фокусного расстояния отличаются худшей светосилой. На практике оказывается, что такое оборудование передает плохую картинку в сумерках, которая намного хуже той, что была сделана при свете. 
  4. В процессе эксплуатации у таких объективов часто случается расфокусировка – это происходит из-за неблагоприятных климатических факторов и внешнего воздействия.  

Материал корпуса объектива и линзы

При выборе объектива следует обратить внимание на материал, из которого он произведен. С одной стороны, материал, никакого влияния на качество записи не оказывает, но пластиковый корпус может легко подвергаться деформации при малейшем ударе. Это со временем приведет к повреждению линз, находящихся внутри и вследствие вызовет изменение углов обзора или снижения разрешения. Что касается самих линз, то они могут быть выполнены также из пластика. В этом случае они будут стоить дешевле, но со временем могут помутнеть. Это не сможет не сказаться на качестве картинки, которую фокусирует объектив. 

Разрешение и формат матрицы

Чаще всего для видеонаблюдения применяются форматы матриц от 1/3 до ½.  Даже на минимальном фокусном расстоянии по углам проявятся черные пятна. Производители объективов обозначают их разрешение так, чтобы было понятно подходит ли по этому параметру объектив камере, в которой он будет использоваться. Но реальное разрешение объективов указывается не в мегапикселях, а в виде «линии/мм». Линзы изготавливаются таким образом, что оптическое разрешение снижается к краям объектива по сравнению с центром. Поэтому при выборе нужно уточнять, насколько оптика может создавать высокое разрешение не только по центру, но и по краям. 

Соответствие между углом зрения и размером сенсора

Камеры с различными размерами сенсоров (такими как 1/4", 1/3", 1/2", 2/3" и 1") и с одинаковым фокусным расстоянием, обладают различными углами зрения. Если объектив предназначен для работы с большим размером сенсора, то он вполне подойдёт и для работы с сенсором меньшего размера. Однако, если объектив предназначен для работы с сенсором формата 1/3", а будет использоваться с сенсором формата 2/3", то у изображения на мониторе будут тёмные углы.

Параллельный пучок света, падающий на поверхность выпуклой линзы, сходится в точке на оптической оси. Эта точка называется фокальной точкой линзы. Расстояние между главной точкой оптической системы и фокальной точкой называется фокусным расстоянием (focal length). Для одиночной тонкой линзы фокусное расстояние - это расстояние от центра линзы до фокальной точки. При увеличении фокусного расстояния возрастает различимость мелких деталей, но уменьшается угол обзора.


Этот показатель должен подбираться под размер участка наблюдения. Например, если в объектив камеры попадут другие хорошо освещенные предметы вблизи, то в таком случае время экспозиции будет автоматически уменьшено согласно усредненному показателю освещенности в кадре. Фокусное расстояние считается важнейшим аспектом, определяющим, насколько широко и далеко будет видеть видеокамера. Его измеряют в миллиметрах – это расстояние я между крайней точкой объектива и видеоматрицей, на которую передается изображение. Самое частое значение фокусного расстояния в современных камерах – это 3,6 мм. Это примерно подобно тому углу зрения, которым обладает человеческий глаз. Такие объективы широко использованы в небольших офисных либо жилых помещениях. Фокусное расстояние объектива  определяет угол зрения. Более широкий угол обеспечивается меньшим фокусным расстоянием. И наоборот - чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения объектива. Нормальный угол зрения ТВ-камеры эквивалентен углу зрения человека, при этом объектив имеет фокусное расстояние, пропорциональное размеру диагонали видео сенсора.

Примерное фокусное расстояние, необходимое для обеспечения угла зрения 30° по горизонтали


Объективы принято делить на: 

  • нормальные 
  • короткофокусные (широкоугольные)  
  • длиннофокусные (телеобъективы)

Объективы, фокусное расстояние которых может изменяться более чем в 6 раз, называются ZOOM-объективами (объективами с трансфокатором). Данный класс объективов применяется при необходимости детального просмотра объекта, удалённого от камеры. Например, при использовании ZOOM-объектива с десятикратным увеличением, объект, находящийся на расстоянии 100 м, будет наблюдаться как объект, удаленный на расстояние 10 м. Наиболее часто используются ZOOM-объективы, оборудованные электроприводами для управления диафрагмой, фокусировкой и увеличением (motorized zoom). Управление камерой, оборудованной таким объективом, оператор может осуществлять удалённо.

Минимальное расстояние до объекта показывает, насколько близко при съёмке объектив можно приблизить к объекту. Это расстояние измеряется от вертекса передней линзы объектива.

Задний фокус (back focal length) - расстояние межу вертексом крайней линзы и сенсором.


Совместимость с адаптерами C-mount и CS-mount

Рабочий отрезок (flange distance) - расстояние от плоскости, на которую крепится объектив до фокальной плоскости (в воздухе). Для переходника C-mount это расстояние равно 17,526 мм (0,69"), а для переходника типа CS-mount это расстояние равно 12,526 мм (0,493"). Резьба CS-mount и C-mount имеет диаметр 25,4 мм (1") и шаг 0,794 мм (1/32").



Современные видеокамеры и объективы могут иметь разные типы крепления. К камере с посадочным местом "CS - типа" крепятся объективы "CS - типа". С помощью дополнительного переходного кольца на камеру с посадочным местом "CS - типа" можно установить объектив "С - типа". Кольцо устанавливается между камерой и объективом. Камера с посадочным местом "C - типа" несовместима с объективом "CS - типа", так как невозможно получить сфокусированное изображение.

Относительное отверстие

Обычно объектив имеет два значения относительного отверстия - (1:F) или апертуры. Максимальное значение F - минимальное значение F; полностью открытая диафрагма - F минимально, максимальное F - диафрагма закрыта. Значение F влияет на выходное изображение. Малое F означает, что объектив пропускает больше света, соответственно, камера лучше работает в тёмное время суток. Объектив с большим F необходим при высоком уровне освещённости или отражения. Такой объектив будет препятствовать "ослеплению" камеры, обеспечивая постоянный уровень сигнала. Все объективы с автодиафрагмой используют фильтр нейтральной плотности для увеличения максимального F. Апертура (F) влияет так же и на глубину резкости.

Глубина резкости

Глубина резкости показывает, какая часть поля зрения находится в фокусе. Большая глубина резкости означает, что большая часть поля зрения находится в фокусе (при закрытой диафрагме возможно достижение бесконечной глубины резкости). Малая же глубина резкости позволяет наблюдать в фокусе лишь небольшой фрагмент поля зрения. На глубину резкости влияют определённые факторы. Так, объективы с широким углом зрения обеспечивают, как правило, большую глубину резкости. Высокое значение F свидетельствует также о большей глубине резкости. Наименьшая глубина резкости возможна ночью, когда диафрагма полностью открыта (поэтому объектив, сфокусированный в дневное время, ночью может оказаться расфокусированным).

Диафрагма (автоматическая или ручная)

Этот элемент отвечает за регулировку объема светового потока, который попадает на видеоматрицу. Простые модели отличаются фиксированным значением диафрагмы, другими словами, они не годятся для видеозаписи на тех объектах, где часто меняется показатель освещенности – например, внутри помещений. Другие объективы могут «похвастаться» автоматической диафрагмой. Она представляет собой мини-двигатель, крепящийся к объективу и изменяющий количество проходящего света. Благодаря такой опции можно добиваться более высокого качества изображения, даже при недостаточном освещении.  Существует и такой параметр, который именуется числом диафрагмы – другими словами, оно обозначает критерий светосилы объектива. 

Объектив с автодиафрагмой служит для достижения требуемого качества изображения. У такого объектива есть кабель, по которому осуществляется управление. Используя контроллер с ЦАП, можно программным образом изменять фокусное расстояние и диафрагму такого объектива (при отсутствии электропитания диафрагма полностью закрыта). У некоторых объективов таким образом можно менять либо фокус, либо диафрагму.


Как определить необходимое фокусное расстояние объектива


Для выбора объектива для конкретного приложения нужно принять во внимание следующие моменты:

  • Поле зрения (Field of View - размер области съёмки)

  • Рабочее расстояние (Working Distance, WD) - расстояние от объектива камеры до объекта или до области наблюдения

  •  Размер матрицы видео сенсора (CCD Sensor)

Фокусное расстояние объектива = размер сенсора x рабочее расстояние / размер области съёмки

Пример: если есть видеокамера формата 1/3" (т.е. горизонтальный размер сенсора 4,8 мм), то для рабочего расстояния 305 мм и размера области съёмки 64 мм получаем фокусное расстояние объектива 23 мм.

Это очень приблизительный подход, но, тем не менее, он в общих чертах описывает процедуру расчёта фокусного расстояния объектива.


 

Мегапиксельные объективы

Это оборудование получило распространение благодаря все большей популярности IP-камер. Они отличаются полным разрешением и высокой контрастностью. Достигается это особым качеством основных элементов. Ведущие известные производители используют в своих изделиях стеклянные линзы, подлежащие сверхтонкой шлифовке. Если правильно подобрать сочетание линз и тщательно рассчитать механические свойства конструкции, это позволит сделать оборудование максимально точным. Такие объективы отличаются сверхпрочным корпусом, который надежно защищает оборудование от толчков, ударов, вибраций, а также от неблагоприятной температуры окружающей среды. Даже в условиях слабой освещенности они гарантируют крайне четкое изображение благодаря своей широкой апертуре. Распознавание изображений получается предельно точным с одновременным снижением уровня искажений. Основное преимущество такого оборудования связано с его повышенной разрешающей способностью. Даже в случае с камерой высокого разрешения обычный объектив будет ухудшать ее реальное разрешение. А вот мегапиксельный аналог отлично справится с прекрасной детализацией, особенно по углам картинки. Кроме того, такое оборудование оснащается опцией ИК-коррекции. Это важный параметр, который в случае с камерами типа «день и ночь» предотвратит расфокусировку картинки при переходе камеры на ночную запись. 

На каком объективе все же определиться?

На практике заказчики чаще всего выбирают оборудование с универсальными параметрами, простое в эксплуатации и настройках. Оно оснащается автоматической регулировкой диафрагмы, а объектив вариофокального типа со сменой фокусного расстояния. Выбор угла обзора зависит от того места, где будет установлена видеокамера: узкоугольный объектив (3-30°) применяют по периметру сооружения, для ведения записи в коридорах, на лестницах, вдоль заборов и ограждений; средний угол обзора составляет 30-70°. Такое оборудование найдет себя при наблюдении за прилегающей территорией, а также в помещениях средней площади; широкоугольный объектив (угол 70-95°) отлично проявит себя при наблюдении за входной дверью или в помещении с размерами 10 Х 10 метров. На самом деле, выстроить эффективную систему видеонаблюдения, не переплачивая за это баснословных денежных средств, весьма непросто. Заказчик должен четко понимать, что в создании изображения огромную роль играет объектив. 


Выбирайте вариант, который подходит именно вам, и совершайте заказ!





Фокусное расстояние камер видеонаблюдения

Поделитесь этой статьей в Соцсетях!  

В описании видеокамер можно увидеть такой важный параметр, как Фокусное расстояние. На что же он влияет? Давайте разберемся в данной статье. Фокусное расстояния камеры видеонаблюдения напрямую влияет на угол обзора видеокамеры. Вместе с этим он зависит от формата матрицы видеокамеры. И чтобы определиться с нужными параметрами, необходимо учитывать некоторые правила. К примеру:

1. Чем выше фокусное расстояние объектива камеры видеонаблюдения, тем уже будет ракурс осмотра.

2. При одном и том же фокусе видеокамеры, аппарат с крупным габаритом матрицы будет обладать большим углом осмотра.

Словом, фокусное расстояние камеры видеонаблюдения – это ключевой параметр при расчёте контролируемой зоны. Совсем несложные расчеты помогают совершенно точно установить ту зону, которая будет оказываться в поле видимости видеокамеры. Для того чтобы вести наблюдение на пространном участке требуется камера с намного более обширным углом обзора, чем при контроле длинного неширокого коридора.

То есть, от того, насколько больше или меньше удалены наблюдаемые предметы, зависит подбор фокусировки дистанции камеры видеонаблюдения. И чем вернее этот выбор, тем больше объектов оказывается в кадре. Так что, прежде чем покупать видеокамеру, необходимо уделить внимание настройкам и параметрам, особенно углу обзора, от которого находится в зависимости диапазон контролируемой территории.

Как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения

Итак, Фокусное расстояние и угол обзора видеокамеры - это важный параметр, который определит территорию захватываемую линзой объектива. Он влияет на качество изображения обозреваемой площади, показывая объект в деталях. Правильно выбранное фокусное расстояние позволяет различать требуемые объекты на необходимом расстоянии. Стоит помнить о том, что длиннофокусные объективы рекомендуется использовать, если нужно наблюдать за предметами, находящимися далеко от камеры. Как выбрать фокусное расстояние камеры видеонаблюдения?

Для выбора фокусного расстояния необходимо правильное вычисление. Несмотря на то, что все изготовители указывают и размер матрицы, и другие промышленные свойства. Но для понимания необходимо учитывать следующие нюансы:

  1. расстояние, на котором будет находиться наблюдаемый объект;
  2. размер матрицы и объекта.

Из вышесказанного становится ясно, что для различных областей лучше всего подобрать камеру, угол обзора какой охватит все помещение, либо если требуется - часть территории. На сегодняшний день стандартное фокусное расстояние видеокамеры - 3.6мм. На стандартной матрице FullHD 1/2.8” это обеспечивает ракурс осмотра 80 градусов. Это усредненное значение, которое подходит для большинства задач. Такие параметры камеры обеспечивают просмотр лиц и номеров машин на дистанции до 15 метров

Фокусное расстояние длиннофокусных камер и камеры с изменяемым фокусным расстоянием (вариофокальных) обычно составляет 12мм. Если наблюдаемый объект находится далеко, то рекомендуется использовать именно такое устройство. Такая камера обеспечивает детальное изображение на расстоянии до 40 метров.

К примеру, если человек находится на расстоянии 12 метров, то различить четко его сможет камера с фокусным расстоянием 12 метров при угле обзора 21 градус. Поэтому, не лишним будет напомнить, что в каждом отдельном случае следует индивидуально подбирать камеру, чтобы она выполняла те задачи, которые возлагает на нее владелец.

Широко панорамные видеокамеры

Это устройство имеет угол обзора 120 градусов и даже более того. Такой аппарат дает целую панораму происходящего. Камера в состоянии определить лицо человека, находящегося не далее, чем 3 метра от камеры. Именно поэтому выбирать такое устройство следует для того, чтобы контролировать большие открытые пространства. Одна камера вполне справится со своей задачей, и нет необходимости устанавливать дополнительные устройства. Однако нецелесообразно использовать широкоформатную камеру для контроля длинного узкого коридора.

Узко форматные устройства

Камеры с углом обзора 20 градусов, передают картинку в деталях на расстоянии 50 метров. Здесь нужно также учитывать цель установки такой видеокамеры. Большинство владельцев останавливают свой выбор на аппаратах с углом видимости 60-70 градусов, что позволяет вести наблюдение, начиная с 10 метров, и получать гарантированную четкую картинку.

Те, кто впервые устанавливает собственными силами систему наблюдения, допускают различные ошибки. Думая что, купив камеру с матрицей высочайшего разрешения, у которой объектив широкоформатный, покроют огромную площадь наблюдения. При этом рассчитывают на качественную картинку. Важно выбирать камеры с фокусным расстоянием, подходящим именно под Ваши конкретные задачи. Как мы уже отметили выше, для большинства объектов подходят камеры 3.6мм. Для более широкого обзора - 2.8мм. Если Вы затрудняетесь с выбором необходимой для Вас камеры видеонаблюдения, обратитесь к нашим специалистам и мы поможем сделать выбор!

Поделитесь этой статьей в Соцсетях!  

Добавить комментарий или Ваш вопрос по статье!

Мы всегда рады ответить на любые вопросы. Заполните форму, чтобы отправить комментарий или Ваш вопрос. Email нигде не публикуется и мы не используем его для рассылки писем. Комментарий будет опубликован после проверки модератором.

Фокусное расстояние объектива, угол обзора и ЭФР

Объективы фотокамер состоят из нескольких линз, которые формируют изображение на матрице. И рассматривая оптические характеристики объектива заменяют группу линз на одну для простоты понимания. По физическим свойствам фокусное расстояние объектива — это расстояние от оптического центра группы линз до матрицы. Измеряется это расстояние в миллиметрах и пишется на объективе.

Для фотографов намного важнее понимание зависимости получаемого изображения от фокусного расстояния.А здесь выходит, что фокусное расстояние влияет на масштаб изображения и на угол обзора, то есть на границы кадра.

По соотношению фокусного расстояния (ФР) и диагонали кадра можно разделить объективы на три больших группы:

  1. Если ФР примерно равно диагонали кадра (матрицы), то такие объективы называются нормальные.
  2. Если ФР меньше диагонали кадра, то объектив короткофокусный.
  3. Если ФР больше диагонали кадра, то объектив длиннофокусный.

В фотографии все расчеты ведутся с применением размеров кадра 35 миллиметровой пленки, которая применяется в пленочных фотоаппаратах. Так вот ее диагональ составляет 43 миллиметра. Так еще и в физике считается, что для угла зрения человеческого глаза нормальным принимается фокусное расстояние в 50 миллиметров. Поэтому везде в фототехнике нормальным фокусным расстоянием считается расстояние в 50 миллиметров.

Теперь можно разделить объективы на типы по фокусному расстоянию.

Фокусное расстояниеТип объективаЦели съемкиУгол обзора
4 — 16 ммрыбий глазпейзаж, арт, ландшафты180°
10 — 24 ммсверхширокоугольникинтерьер, пейзаж, намеренное искажение пропорций84 — 109°
24 — 35 ммширокоугольникпейзаж, архитектура, стрит-фотография62 — 84°
50 мм (35 — 65)стандартныйпейзаж, портрет46° (32 — 62)
65 — 300 ммтелеобъективпортрет, спорт, природа8 — 32°
300 — 600 и более ммсупер-телеобъективживотные и спорт издалека4 — 8°

В данной таблице можно увидеть зависимость угла обзора от фокусного расстояния. Получается, чем меньше ФР, тем больше угол обзора. Снимки объективом с большим углом обзора изменяют перспективу изображения, это выражается в изменении пропорций объектов съемки.

У нормальных (стандартных) объективов, с ФР около 50 мм, снимки получаются наиболее естественными по восприятию. Наилучше подходит для уличной фотографии (street photo).

Объективы с ФР от 50 мм и до 130 мм могут служить как портретные. Наиболее подходящим является ФР в 80 мм для создания портретов.

Переменное фокусное расстояние

Объективы есть с фиксированным или постоянным фокусным расстоянием и с переменным. На объективах с переменным ФР указывается пара чисел – длинный и короткий фокус. Разделив одно значение на другое получим кратность зума, которая и указывается на фотокамере.

Кратность зума совсем не означает во сколько раз увеличится объект, зум показывает лишь что в объективе переменное фокусное расстояние. На сегодня есть 80-кратные зум-объективы. Недостатком таких объективов является уменьшение светосилы. Для достижения большой светосилы применяют объективы с фиксированным фокусным расстоянием.

Фокусное расстояние и кроп-фактор

Все выше перечисленные числовые значения справедливы для 35 миллиметровой пленки и для цифровых матриц размеры которой соответствуют кадру 35-миллиметровой пленки. Такие матрицы называются Full Frame.

Но матрицы бывают разных размеров и для удешевления фотокамер их делают намного меньше Full Frame. Такие матрицы и называются кропнутыми, от слова кроп (обрезать).Так появился кроп-фактор, который показывает во сколько раз матрица меньше пленочного кадра и равен этот коэффициент отношению диагонали полного кадра к диагонали матрицы.

У матрицы Full Frame кроп-фактор будет равен 1.

И вот если объектив применяется не с полным кадром, а с такой кропнутой матрицей, то изменяется угол обзора. Это соответствует виртуальному увеличению фокусного расстояния. Хотя реальное ФР остается неизменным, ведь это характеристика объектива. Кроп-фактор является справочным коэффициентом и не изменяет реальных параметров объектива.

Например, используя кропнутую матрицу с коэффициентом кроп-фактора 1,6 получаем, что объектив с ФР 50 мм с этим сенсором уже будет иметь виртуальное ФР 50х1,6=80 мм. Такое фокусное расстояние называется эквивалентным (ЭФР). То есть берем фокусное расстояние, указанное на объективе и умножаем на кроп-фактор.

На рисунке выше видно, что применяя меньшую матрицу мы получаем меньший угол обзора, а это изменяет границы снимка (уменьшает границы). Создается впечатление, что мы увеличили объект изменив фокусное расстояние объектива, но ФР остался тем же.

Эквивалентное фокусное расстояние это уже больше характеристика связки объектив+матрица.Выбор объектива с определенным фокусным расстоянием зависит от ваших творческих предпочтений, компоновки кадра.

Навигация по записям

Подбор объектива: Фокусное расстояние | БИК Дом оптики

Одним из самых главных критериев при выборе объектива для телевизионной камеры является такой параметр,как фокусное расстояние.Что называется фокусным расстоянием, на что оно влияет и как правильно его рассчитать будет подробно рассмотрено в данной статье.

Введение и технические аспекты.

Фокусное расстояние является типичной характеристикой любой оптической системы. Фокусное расстояние объектива (f) — это расстояние от оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются лучи света (точка F), входящие в объектив параллельным пучком.

                        Рисунок 1. F- главный фокус, f-фокусное расстояние. Различные объективы фокусируют лучи света
в разных точках, и поэтому имеют,разное фокусное расстояние.

В зависимости от расхождения коллимированных лучей линзы объектива можно разделить на положительные (выпуклые) и отрицательные (вогнутые). Ход лучей света в выпуклых и вогнутых линзах различен. Выпуклые стеклянные линзы, преобразуют параллельный пучок световых лучей в сходящийся; поэтому иначе их называют собирающими (рис. 2, слева). Вогнутые стеклянные линзы при этом создают расходящийся пучок света, поэтому их называют рассеивающими (рис. 2, справа).

Рисунок 2. Собирающая и рассеивающая линзы.

Точка, в которой пересекаются после преломления в линзе либо сами световые лучи, когда линза собирающая, либо их продолжения в обратную сторону, когда линза рассеивающая, называется главным фокусом линзы. У собирающих линз фокус действительный, а у рассеивающих мнимый. У всякой линзы два главных фокуса — по одному с каждой стороны. Если слева и справа от линзы одна и та же среда, то оба эти фокуса располагаются на одинаковых расстояниях от линзы. Фокусное расстояние линзы зависит от степени кривизны ее поверхностей. Линза с более выпуклыми поверхностями преломляет лучи сильнее, чем линза с менее выпуклыми поверхностями, и поэтому обладает меньшим фокусным расстоянием.

Рисунок 3. Формула линзы.
F-фокусное расстояние линзы, d-расстояние от предмета до линзы, f-расстояние от изображения предмета до линзы.

При использовании формулы линзы следует верно использовать правило знаков: +F — линза собирающая; -F — линза рассеивающая; +d — предмет действительный; -d — предмет мнимый; +f — изображение предмета действительное; -f — изображение предмета мнимое.


Влияние фокусного расстояния объектива.

Фокусное расстояние объектива определяет его поле зрения и заодно степень увеличения предмета в данной точке съёмки. Чем короче фокусное расстояние,тем шире поле зрения. Чем длиннее фокусное расстояние,чем уже поле зрения. Фокусное расстояние в объективах принято измерять в мм (12 мм, 25 мм, 35 мм, 50 мм и т.д.).

Рисунок 4. Зависимость угла обзоры телевизионной камеры от фокусного расстояния объектива.

В зависимости от фокусного расстояния все объективы можно разделить на три большие группы: широкоугольные, нормальные и длиннофокусные. Объективы, предназначенные для съемок объектов больших размеров с малого расстояния должны обладать широким углом зрения, то есть быть широкоугольными, следовательно, фокусное расстояние таких объективов гораздо меньше диагонали кадра, а угол изображения больше, чем у нормальных объективов. Необходимо учитывать, что широкоугольные объективы по сравнению с другими дают большие перспективные искажения, искажают предметы, расположенные на краю поля их зрения, обладают большим виньетированием по краям и углам кадра.
Объективы, предназначенные для съемки удаленных объектов крупным планом должны иметь большое фокусное расстояние, следовательно, малый угол зрения. Они также называются телеобъективами. Длиннофокусными являются такие объективы, у которых фокусное расстояние, по меньшей мере, в 1,5 раза больше диагонали кадра. Длиннофокусные объективы по сравнению с нормальными и широкоугольными обладают меньшей глубиной резкости и в меньшей степени передают объемность и глубину пространства,  т.е. визуально сближая дальний и передний планы.

По конструктивному типу исполнения объективы существуют объективы с переменным и постоянным фокусным расстоянием. Объективы у которых фокусное расстояние может изменяться в заданных пределах называются вариофокальными («зум-объективами»), объективы с постоянным фокусным расстоянием называются монофокальными («фикс-объективы»).  В отличие от монофокальных объективов, вариофокальные объективы позволяют регулировать расстояние до объекта наблюдения, тем самым давая возможность более подробно рассмотреть ту или иную деталь происходящего. Основными преимуществами монофокальных объективов являются стоимость, вес,большая светосила, меньшие геометрические искажения и аберрации.

Как правильно рассчитать фокусное расстояние?

Если известно расстояние от камеры до объекта, ширина объекта, а также физический размер матрицы на используемой камере видеонаблюдения, то для расчета фокусного расстояния объектива можно воспользоваться простой формулой:
f = H x D / W
где f – это фокусное расстояние объектива (мм),
H – размер матрицы по горизонтали (мм),
D – расстояние от телевизионной камеры до объекта (м),
W – ширина объекта наблюдения (м).

Фокусное расстояние является физической величиной самого объектива и не зависит от типа камеры, на которой используется или будет использоваться объектив!

Внимание! Более простой и удобной способ расчета фокусного расстояния — это  воспользоваться Калькулятором расчета фокусного расстояния и углов обзора.

Камера смартфона для «чайников» №2. Фокусное расстояние. Ох уж эти миллиметры...

Последнее обновление:

Оценка этой статьи по мнению читателей:

В первой части статьи мы с вами разобрались с тем, что такое диафрагма камеры смартфона. Другими словами, мы научились понимать такие цифры, как f/1.8 или f/2.2, указываемые в характеристиках любого телефона. Также мы подробно проследили за тем, как картинка «попадает» в объектив камеры и каким образом свет вообще «переносит» изображение из одной точки в другую.

Но в конце первой части мы столкнулись с одной серьезной проблемой. Оказалось, само по себе значение диафрагмы (диафрагменное число) ничего не говорит о том, сколько света в реальности пропускает объектив смартфона и как сильно он может размыть фон при помощи оптики, а не алгоритмов.

Более того, все эти f/1.5, f/1.8, … только сбивают с толку людей, которые хоть немного разбираются в фотографии. Ведь они-то знают, что «настоящий» объектив с диафрагмой f/1.8 будет делать очень чистые (без шума) снимки с красивым размытием фона. А смартфон с такой же диафрагмой, почему-то, совершенно не размывает фон. В чем же дело?

Как мы уже выяснили, всё дело в том, что значение диафрагмы (f/1.8) является лишь относительным числом и не показывает реальный физический диаметр отверстия, через которое свет попадает в камеру. А именно диаметр отверстия влияет на глубину резкости и светосилу объектива.

У двух разных объективов с одинаковой диафрагмой f/1.8 могут быть совершенно разные по размеру отверстия, что хорошо видно на этой иллюстрации:

Но как же нам узнать реальный диаметр входного зрачка? Для этого нужно разобраться со вторым ключевым параметром — фокусным расстоянием объектива.

Напомню, вначале первой части статьи я приводил типичные характеристики любой камеры современного смартфона. Выглядят они примерно так:

  • Основная камера: 108 Мп, 1/1.33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF
  • Телеобъектив: 12 Мп, 1/3.4″, f/2.0, 52 мм, 1.0 мкм, PDAF, OIS

Мы уже знаем, что значат f/1.8 или f/2.0, а сегодня научимся понимать значения 26 мм и 52 мм, выделенные жирным шрифтом выше. Это и есть фокусное расстояние.

Что такое фокусное расстояние?

Фокусное расстояние позволяет нам, не видя ни единого снимка, примерно понимать, как будут выглядеть фотографии в плане композиции, то есть, какой угол обзора будет в кадре.

Более того, зная только этот набор значений (например, 26 и 52 мм), можно с точностью сказать, во сколько раз смартфон с двумя камерами приближает картинку, то есть, какой у него оптический зум. В этом особенно полезно разбираться сегодня, когда производители подменяют понятия и вместо оптики указывают значения гибридного или цифрового зума.

Так что же такое фокусное расстояние и где в крошечной камере смартфона прячутся эти 26 или 52 миллиметра?

Итак, представьте, что какой-то объект находится бесконечно далеко от вас и все лучи света, отраженные от него, идут параллельно и попадают на линзу:

Линза сделана таким образом, чтобы все параллельные лучи света, проходя через нее и преломляясь, сходились в одной точке. Так вот, расстояние от центра линзы до точки, в которой все лучи пересекаются (сходятся) и называется фокусным расстоянием линзы:

Конечно, в случае со смартфоном всё сложнее, так как внутри его камеры находится не одна линза, а несколько (6 и более). И фокусное расстояние объектива высчитывается немножко по-другому, а именно, от его оптического центра до матрицы, на которой все лучи и фокусируются. Но я не буду подробно на этом останавливаться и объяснять, что такое оптический центр объектива, так как всё это не имеет принципиального значения. Для простоты понимания ограничимся только одной линзой, сути это не меняет.

Кто-то может спросить, а зачем вообще использовать так много линз в камере смартфона? Неужели одной будет недостаточно?

Дело в том, что одна линза дает слишком большие искажения. Это и потеря резкости (сферические аберрации), возникающая из-за того, что не все лучи идеально сходятся в одной точке. То есть, вместо картинки, которую я показал чуть выше, в реальности мы имеем что-то вроде этого:

Кроме того, показатель преломления света (как сильно луч меняет свое направление, проходя через линзу) зависит от длины волны. Чем короче волна, тем больше ее коэффициент преломления. Получается, синий свет (короткие волны) преломляется под бóльшим углом, чем красный (длинные волны). И вместо идеальной картинки мы снова получаем проблемы — хроматические аберрации (несуществующие цветные контуры различных объектов на фотографиях):

Для того, чтобы всё это исправить и сделать фотографию максимально качественной, используют множество линз специальной формы и с различным покрытием. Поэтому, зачастую, чем больше линз в камере смартфона, тем выше качество картинки.

Но вернемся к фокусному расстоянию. Так каким же образом расстояние от центра линзы до точки, в которой сходятся все лучи, влияет на угол обзора камеры и на ее оптическое приближение? На самом деле, все очень просто и интуитивно понятно.

Давайте сделаем снимок на смартфон, камера которого имеет фокусное расстояние 26 мм (это типичное фокусное расстояние для основной камеры любого смартфона):

Сейчас не пытайтесь понять, как производитель умудрился в корпусе толщиной 8 мм разместить камеру, у которой расстояние от линзы до матрицы составляет 26 миллиметров (а в Galaxy Note 20 Ultra и вовсе 130 мм). С этим мы разберемся чуточку позже.

На схеме выше показана ситуация, когда все лучи света параллельны друг другу. Это может быть только в том случае, если объект находится бесконечно далеко. Но в реальной жизни лучи отражаются от объектов под разными углами.

Нам важно знать лишь одну простую вещь — луч, прошедший через центр линзы, никак не преломляется. По сути, эти лучи и будут определять угол обзора (сколько объектов сможет захватить камера):

Когда мы сделаем снимок на такой смартфон, то получим следующий результат:

Снимок на 26-мм объектив

Что же произойдет, если мы увеличим фокусное расстояние объектива (расстояние от «линзы» до матрицы)? Лучи света, проходящие через центр линзы, будут пересекаться уже под другим углом и, соответственно, такая камера захватит гораздо меньше объектов в кадре:

Но так как размер снимка (матрицы камеры) остался прежним, то все эти объекты будут выглядеть крупнее:

Снимок на 52-мм объектив

На этом моменте я бы хотел немножко отойти в сторону и затронуть некоторые явления и заблуждения, связанные с фокусным расстоянием объектива.

Сжатие перспективы. Или почему широкоугольная камера так искажает лица!?

Используя пример с лучами, давайте рассмотрим такое явление, как сжатие перспективы. Для тех, кто не знаком с этим понятием, вкратце объясню. Когда вы снимаете что-то на объектив с длинным фокусным расстоянием, все объекты на фоне получаются более крупными, чем если бы вы снимали ту же сцену на объектив с коротким фокусным расстоянием.

К примеру, на следующих снимках расстояние между эльфом и домом одинаковое, но при съемке на объектив с длинным фокусным расстоянием, дом кажется гораздо ближе и крупнее:

Почему так происходит? «Очевидно же», что на фото слева дом гораздо дальше от эльфа! На самом деле, всё очень просто. Достаточно посмотреть, какой процент от общей высоты кадра будут занимать эльф и дом, если снимать их длиннофокусным объективом:

Выходит, высота эльфа составляет около 63% от высоты кадра, а высота дома — 72%. То есть разница между ними небольшая и на снимке кажется, будто эльф находится прямо возле дома.

Если сделать тот же снимок на объектив с коротким фокусным расстоянием, в кадр попадет гораздо больше объектов, так как угол обзора будет гораздо шире. Объектив с длинным фокусным расстоянием очень приближал картинку и мы видели в кадре только эльфа и дом.

Чтобы это исправить, то есть, чтобы получить ровно такую же композицию, нам нужно подойди к эльфу намного ближе. Но теперь и размеры объектов будут другими:

Эльф занимает те же 63% высоты кадра, что и раньше, но так как угол обзора объектива с коротким фокусным расстоянием намного шире, дом позади эльфа уже занимает всего 41% от общей высоты кадра. Теперь эльф на фото будет крупнее дома. Вот и весь секрет сжатия перспективы!

Получается, в реальности не фокусное расстояние влияет на перспективу, а расстояние от камеры до объекта съемки. Если бы мы стояли на одном месте и переключали камеры, то соотношение размеров эльфа и дома никак не менялось бы.

И здесь еще уместно вспомнить о проблемах при съемке портретов. Даже многие профессиональные фотографы ошибочно полагают, будто фокусное расстояние объектива как-то влияет на пропорции портрета. Хотя в действительности влияет только расстояние от камеры до объекта съемки.

Если мы снимаем портрет на объектив с длинным фокусным расстоянием (80 мм), то нам нужно отойти подальше и тогда все части лица (глаза, нос, уши) имеют правильные пропорции. Если же мы берем ультраширокоугольный объектив с фокусным расстоянием 13 мм, нам нужно подойти вплотную к человеку, чтобы сохранить композицию, то есть, чтобы лицо занимало ту же часть кадра, что и раньше.

Но в этом случае повторится ситуация с эльфом. Так как нос окажется ближе к объективу, он получится крупнее, и все пропорции «поплывут». Но, повторюсь, произойдет это только от того, что мы приблизили камеру к объекту, а не из-за каких-то мифических искажений, создаваемых объективом.

Оптическое приближение камеры смартфона

Как мы уже разобрали, чем длиннее фокусное расстояние объектива, тем меньше угол обзора камеры и тем сильнее она «приближает» все объекты. Соответственно, чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора камеры и в кадр попадает больше объектов, но все они будут меньшего размера.

Чтобы определить, во сколько раз смартфон может приблизить картинку, достаточно разделить более длинное фокусное расстояние на более короткое. К примеру, если на смартфоне есть две камеры с объективами 26 и 52 мм, тогда он имеет 2-кратное оптическое приближение (52/26=2). Всё остальное — это алгоритмы или маркетинговая ерунда.

Для примера рассмотрим набор камер Galaxy Note 20 Ultra (обзор этого смартфона доступен на нашем сайте), обратим внимание только на фокусное расстояние объективов:

  • Основная камера: 26 мм
  • Ультраширокоугольная камера: 13 мм
  • Телеобъектив: 130 мм

Основная камера имеет типичный для смартфона угол обзора, а вот фокусное расстояние ультраширокоугольной камеры (13 мм) в два раза короче. То есть, она имеет гораздо больший угол обзора. Телеобъектив же, напротив, имеет очень небольшой угол обзора, но приближает картинку относительно основной камеры в 5 раз (130/26=5). Но если оценивать оптический зум телеобъектива относительно ультраширокоугольной камеры, тогда получаем 10-кратное оптическое приближение (130/13=10).

Надеюсь, с этим вопросом всё понятно.

Выходит, теперь мы можем легко определить физический диаметр отверстия в объективе, просто разделив фокусное расстояние на диафрагму? А узнав это значение, мы сможем понять, в каком смартфоне установлена камера с более светосильным объективом.

К сожалению, в мире мобильных камер, помимо фокусного расстояния, существуют еще фокусы маркетологов, о чем и поговорим подробнее дальше.

Разоблачаем фокусы производителей смартфонов

Если мы разделим фокусное расстояние (130 мм) на диафрагму (f/3.0), то получится, что в телеобъективе Galaxy Note 20 Ultra не просто «отверстие», а огромная дыра диаметром >4 см. Вот как выглядел бы подобный смартфон, будь это правдой:

Да и каким чудом в аппарате, толщиной 8 мм и шириной 70 мм, могла уместиться камера, у которой расстояние от линзы до матрицы (фокусное расстояние) составляет 130 мм!? Здесь явно что-то не так!

На самом деле, никаких 130, 26 и даже 13 мм в объективах смартфонов нет. Но! Если вы возьмете профессиональный полнокадровый зеркальный фотоаппарат с объективом, фокусное расстояние которого действительно равняется 26 мм, и сделаете снимок, то обнаружите, что композиция кадра в точности соответствует тому, что выдаст смартфон со своим «фейковым» 26-мм фокусным расстоянием.

То есть, производитель смартфона не просто берет цифры из потолка, а указывает относительное фокусное расстояние объектива (относительно полнокадрового фотоаппарата). Благодаря этому можно объективно оценивать и сравнивать угол обзора (а также оптическое приближение) объектива любого смартфона и даже профессиональной камеры.

Если вы привыкли снимать портреты на большом фотоаппарате с объективом 80 мм, то, купив смартфон с камерой, у которой фокусное расстояние указано «80 мм», вы получите ровно ту же композицию (такое же приближение и угол обзора).

Относительное фокусное расстояние

Как же так получается? Каким образом камера смартфона так хорошо «имитирует» фокусное расстояние большой камеры, имея внутри корпуса всего несколько миллиметров свободного пространства?

Всё дело в размерах самой матрицы! Чтобы это наглядно показать, давайте посмотрим на угол обзора большого профессионального фотоаппарата с огромной матрицей и объективом, у которого фокусное расстояние на самом деле равняется 26 мм:

Как видите, в кадр попадают все объекты: дом, дерево и эльф. А теперь оставим всё как есть, только заменим большую матрицу зеркалки на крошечную матрицу смартфона и посмотрим, что произойдет:

Теперь лучи света будут пересекаться в центре под другим углом и у нас получится совершенно другая композиция — портрет эльфа.

Оставив реальное 26-миллиметровое фокусное расстояние, но заменив только матрицу, мы получили мощный телеобъектив, приближающий изображение в десятки раз. Теперь такой объектив ну никак нельзя сравнить с обычным 26-миллиметровым.

Чтобы это исправить, нужно значительно уменьшить реальное фокусное расстояние (расстояние от линзы до матрицы), сократив 26 мм до 3-4 мм. Тогда «восстановится» и первоначальный угол обзора:

Вот теперь крошечная матрица смартфона и 4-мм фокусное расстояние выдают в точности такое же изображение (по композиции), как и большая полнокадровая зеркалка с 26-миллиметровым объективом. Именно по этой причине производитель заявляет, что объектив смартфона имеет эквивалентное фокусное расстояние 26 миллиметров, хотя в действительности внутри корпуса нет и 6 мм.

Если же мы говорим об эквивалентном фокусном расстоянии в 130 мм (тот же телеобъектив Huawei P40 Pro, Vivo X50 Pro или Galaxy Note 20 Ultra), реальное фокусное расстояние будет составлять примерно 11-14 мм. В этом случае используется призма, преломляющая свет под углом 90 градусов, а сам объектив размещается не перпендикулярно корпусу, а вдоль него:

Но проблема с диафрагмой остается. Ведь, если производитель указывает эквивалентное фокусное расстояние, нужно указывать и такую же «эквивалентную» диафрагму, чтобы не вводить пользователей в заблуждение.

Согласитесь, одно дело увидеть объектив 80 мм f/1.8 (очень светосильный и дорогой объектив) и совсем другое — 80 мм f/22. Второй уже не кажется таким хорошим выбором, не так ли? В мире больших камер столь медленные объективы вообще не встречаются (медленные — потому, что они пропускают очень мало света и им нужно много времени, чтобы сделать хороший кадр при недостаточном освещении).

Если же производитель указывает диафрагму f/1.8, нужно указывать и реальное фокусное расстояние, например, 5 мм вместо эквивалентных 50 мм. Тогда любой пользователь легко определит диаметр отверстия объектива, разделив 5 на 1.8.

В общем, делается всё это умышленно, чтобы вызывать ложное ощущение очень светосильного объектива. Практически ни одна компания не указывает в характеристиках камеры смартфона реальное фокусное расстояние объектива, ограничиваясь лишь эквивалентными значениями.

Узнать реальное фокусное расстояние можно, разве что, посмотрев в Галерее смартфона сведения о сделанной фотографии (или поискав хорошенько в интернете):

Здесь мы видим диафрагму f/2.0 и фокусное расстояние 5.9 мм, то есть, реальный диаметр отверстия объектива этого смартфона составляет 2.95 мм (5.9/2).

Зная это значение, теперь можно корректно сравнивать светосилу этой камеры с любой другой.

Подводя итоги

И последнее, о чем хотелось бы напомнить. Ни фокусное расстояние, ни размер матрицы не имеют отношения к так называемому эффекту боке (размытие фона). Глубина резкости зависит исключительно от двух вещей: диаметра входного зрачка объектива и расстояния от камеры до объекта съемки.

Поэтому знайте, когда кто-то заявляет, что более крупная матрица в смартфоне «размывает» фон сильнее — это заблуждение. Размер матрицы косвенно влияет на размытие, но совершенно не так, как полагают многие люди. Об этом подробнее мы поговорим в следующих частях.

Итак, позвольте еще раз привести характеристики камеры случайного смартфона:

  • Телеобъектив: 12 Мп, f/2.0, 52 мм, 1/3.4″, 1.0 мкм, PDAF, OIS

К этому моменту вы уже должны хорошо понимать, что означают цифры f/2.0 и 52 мм. Также вы можете легко определить реальное оптическое приближение этого объектива (во сколько раз он увеличивает картинку), если , скажем, фокусное расстояние основной камеры этого же смартфона равняется 26 мм.

О том, что такое PDAF я рассказывал в отдельной статье, посвященной фазовому автофокусу (PDAF). Выходит, нам лишь остается разобраться с тем, что такое 1/3.4″, 12 Мп и 1.0 мкм.

Эти три значения связаны между собой, так как все они описывают саму матрицу — аналог пленки в «доисторические» времена. Но об этом мы поговорим в третьей части!

Алексей, глав. редактор Deep-Review

 

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

 

Фокусное Расстояние Камеры Видеонаблюдения

Фокусное расстояние камеры видеонаблюдения — это параметр объектива видеокамеры, который мы берем за основу при расчете зоны видеонаблюдения.  От его величины и физического размера матрицы зависит угол обзора объектива. Проведя не сложные геометрические расчеты можно довольно точно определить зону, которая будет попадать в кадр камеры видеонаблюдения.

Для ведения видеонаблюдения на обширном участке используются камеры с широким углом обзора, а при просмотре объектов «зажатых», типа длинный коридор с узким.

Параметры, влияющие на угол обзора

Как уже писалось выше, три параметра видеокамеры взаимозависимы, это:

  1. Фокусное расстояние объектива;
  2. Угол обзора объектива;
  3. Физический размер матрицы видеокамеры.

Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше угол обзора. Следовательно, можно наблюдать за объектами, которые находятся на относительно большом удалении от камер видеонаблюдения. И наоборот, чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора. Соответственно в кадр камеры попадает больше объектов.

Угол обзора, также зависит от размера чувствительного элемента –матрицы. Чем больше размер матрицы, тем меньше угол обзора камеры и наоборот.

Расчет фокусного расстояния объектива видеокамеры

Расчет фокусного расстояния камеры видеонаблюдения необходим для правильного подбора видеокамеры. Конечно, производители указывают в технических характеристиках нам физический размер матрицы, фокусное расстояние и иногда угол обзора. Но для общего понимания, посмотрим, что влияет на выбор фокусного расстояния, это:

  1. На каком расстоянии находится объект наблюдения;
  2. Физического размера матрицы;
  3. Размера объекта.

Итак, имея заданные  технические характеристики камеры, можно рассчитать  фокусное расстояние объектива камеры видеонаблюдения по следующим формулам:

F= h*S/Н или F= v*S/V,

где h – размер матрицы по горизонту;

S – расстояние до объекта видеонаблюдения;

H – горизонтальный размер объекта;

 v – размер матрицы по вертикали;

 V – вертикальный размер объекта.

Размеры сторон матрицы камеры видеонаблюдения приведены  в таблице:

Размер матрицы1/4”1/3”1/2”
По горизонтали, мм3,24,86,4
По вертикали, мм2,43,64,8

 

Пример расчета фокусного расстояния и выбор камеры

Необходимо наблюдать за въездом и проходом через ворота на территорию предприятия;

Задача наблюдения: обнаружение машин и людей при въезде входе на территорию предприятия;

Ширина прохода и ворот 6 метров;

Расстояние от камеры до прохода 7 метров;

Камера Proto AHD-1W-Eh20F(?)IR, после буквы F должно указываться фокусное расстояние. Его мы рассчитаем по вышеприведенной формуле:

F=3.2*7/6=3,7 мм,

где 3,2 размер матрицы по вертикали, т.к. в камере Proto AHD-1W-Eh20F(?)IR установлена матрица размером  1/4”. Так как объективы на видеокамере выполнены с фиксированными фокусными расстояниями, то выбираем ближайший меньший т.к. если выбрать ближайший больший, то часть объекта не будет попадать в кадр камеры.

Выполним ещё одну проверку камеры на пригодность. Зона контроля имеет ширину 6 метров, задача стоит обнаружение. При обнаружении человека необходимо, чтобы на один метр контроля приходилось 20-30 пиксел разрешения камеры. При несложных расчетах видно, что камере Proto AHD-1W-Eh20F36IR по силам не только обнаружение, но и распознавание человека на объекте, не говоря уже о машинах. На самом деле ещё необходимо вычислить фокусное расстояние по вертикали, а также высоту и угол установки видеокамеры, но мы эти расчеты намеренно упускаем, т.к. мы не ставим перед собой задачу полного расчета, мы хотели показать на данном примере только методику расчета фокусного расстояния и выбора камеры по этому расчету.

Скачать таблицу "Зависимость углов обзора от фокусного расстояния и размера матрицы" в формате .xlsx

Для расчетов основных параметров камер видеонаблюдения можно использовать бесплатный калькулятор, с помощью которого можно не только получить численные значения показателей, но и визуально определить, как будет выглядеть группа силуэтов людей в кадре. Скачать калькулятор можно здесь.

Часто возникают ситуации, когда нет возможности четко определить зону контроля видеокамерой, или возникает необходимость менять размер этой зоны, но с небольшой периодичностью. Бывает и так, что человек хочет на месте более точно определить зону контроля. В этих случаях поможет камера с вариофокальным объективом, на которых можно менять без особых проблем фокусное расстояние вручную. Если же у вас возникает потребность приблизить или отдалить объект оперативно, то можно использовать камеру с моторизированным объективом. Существуют камеры, позволяющие не только оперативно менять фокусное расстояние (приближать, отдалять объект), но и изменять ракурс видеонаблюдения в пределах 360 градусов по горизонтали и 180 градусов по вертикали. Такие камеры называются Speed doome, о них вы можете почитать в статье «Скоростные купольные камеры»

Есть камеры с коридорным режимом видеонаблюдения. Такая камера устанавливается вертикально, а изображение поворачивается на 90 градусов. Таким образом, на мониторе отображается картинка не горизонтально, а вертикально. При этом отражается  больше «полезной» информации, чем это было бы при нормальном расположении камеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

Статьи

  1. Как выбрать камеру видеонаблюдения?
  2. Настройка аналоговых видеокамер. OSD-меню.
  3. Технология PoE (Power over Ethernet)
  4. AHD DVR. Сравнение режимов 12fps и 25fps. (видео)
  5. AHD технология: качество 720p/1080p по коаксиалу на 500 м без задержек и потерь
  6. Технология Intelligent Heater

Как толщина линзы влияет на фокусное расстояние?

Обновлено 14 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Фокусное расстояние объектива показывает, как далеко от объектива создается сфокусированное изображение, если световые лучи, приближающиеся к объективу, параллельны. Линза с большей «изгибающей способностью» имеет меньшее фокусное расстояние, потому что она изменяет путь световых лучей более эффективно, чем более слабая линза. В большинстве случаев вы можете рассматривать линзу как тонкую и игнорировать любые эффекты от толщины, потому что толщина линзы намного меньше фокусного расстояния.Но для более толстых линз их толщина имеет значение и в целом приводит к более короткому фокусному расстоянию.

Уравнение производителя линз

Уравнение производителя линз описывает взаимосвязь между толщиной линзы и ее фокусным расстоянием ( f ):

\ frac {1} {f} = (n-1 ) (\ frac {1} {R_1} - \ frac {1} {R_2} + \ frac {(n-1) t} {nR_1R_2})

В этом уравнении много разных членов, но два наиболее Важно отметить, что t обозначает толщину линзы, а фокусное расстояние - , обратное результату справа.Другими словами, если правая часть уравнения больше, фокусное расстояние меньше.

Другие термины, которые вам необходимо знать из уравнения: n - показатель преломления линзы, а R 1 и R 2 описывают кривизну линзы. поверхности линз. В уравнении используется « R », потому что он обозначает радиус, поэтому, если вы расширите кривую каждой стороны линзы до целого круга, значение R (с нижним индексом 1 для стороны, на которую свет входит в линзу, а 2 со стороны выхода из линзы) сообщает вам радиус этого круга.Таким образом, более пологая кривая будет иметь больший радиус.

Толщина линзы

t появляется в числителе последней дроби в уравнении производителя линз, и вы добавляете этот член в другие части правой части. Это означает, что большее значение t (т.е. более толстая линза) приведет к тому, что правая сторона будет иметь большее значение, при условии, что радиусы любой половины линзы и показатель преломления останутся одинаковыми. Поскольку обратной величиной этой части уравнения является фокусное расстояние, это означает, что более толстая линза обычно будет иметь меньшее фокусное расстояние, чем более тонкая линза.

Вы можете понять это интуитивно, потому что преломление световых лучей, когда они входят в стекло (которое имеет более высокий показатель преломления, чем воздух), позволяет линзе выполнять свою функцию, а большее количество стекла обычно означает больше времени для возникновения рефракции.

Кривизна линзы

Члены R являются ключевой частью уравнения производителя линз, и они появляются в каждом члене с правой стороны. Они описывают, насколько изогнута линза, и все они указаны в знаменателях дробей.Это соответствует большему радиусу (т. Е. Менее изогнутой линзе), что в целом дает большее фокусное расстояние. Обратите внимание, что член, который содержит только R 2 , вычитается из уравнения, что означает, что меньшее значение R 2 (более выраженная кривая) уменьшает значение правой стороны (и, таким образом, увеличивает фокусное расстояние), в то время как большее значение R 1 делает то же самое. Однако оба радиуса появляются в последнем члене, и меньшая кривизна для любой части в этом случае увеличивает фокусное расстояние.

Показатель преломления

Показатель преломления стекла, используемого в линзе ( n ), также влияет на фокусное расстояние, как показано в уравнении производителя линз. Показатель преломления стекла находится в диапазоне от 1,45 до 2,00, и, как правило, более высокий показатель преломления означает, что линза более эффективно отклоняет свет, тем самым уменьшая фокусное расстояние линзы.

Молекулярные выражения: физика света и цвета


Интерактивные учебные пособия по Java
Радиус и показатель преломления

Влияние на линзу

Действие простой двояковыпуклой тонкой линзы регулируется принципами преломления (которая является функцией радиуса кривизны линзы и показателя преломления) и может быть понято с помощью нескольких простых правил о геометрии, участвующих в трассировке. световые лучи через линзу.В этом интерактивном руководстве показано, как вариации показателя преломления и радиуса двояковыпуклой линзы влияют на соотношение между объектом и изображением, создаваемым линзой.

В учебном пособии используется симметричная двояковыпуклая тонкая линза с показателем преломления по умолчанию 1,6 и радиусом 80 миллиметров, на котором создается изображение объекта (стрелки), расположенного на расстоянии 135 миллиметров от линзы. Для работы с учебником используйте ползунок Lens Radius , чтобы отрегулировать это значение в диапазоне от 60 до 100 миллиметров.По мере увеличения радиуса линзы линза становится тоньше (менее закругленной), а также увеличивается фокусное расстояние. Обратите внимание, что синие сферические маркеры фокусных точек (обозначенные F для пространства объекта и F ' для пространства изображения) перемещаются вперед и назад вдоль оптической оси при перемещении ползунка Lens Radius . Увеличение или уменьшение радиуса линзы влияет на размер и положение изображения, формируемого линзой. Изображение Увеличение, и идентичность ( Реальный или Виртуальный ) представлены над точкой фокуса пространства изображения и постоянно обновляются по мере изменения размера и положения изображения.

Показатель преломления виртуальной двояковыпуклой линзы можно изменять от 1,4 до 1,8, перемещая ползунок Index of Refraction . По мере увеличения показателя преломления точки фокусировки (синие сферы) перемещаются ближе к линзе, и наоборот. Подобно изменению радиуса линзы, изменения показателя преломления влияют на размер и положение изображения. Фокусное расстояние , высота объекта , положение изображения и высота изображения представлены в пространстве слева от объектива под фокальной точкой пространства объекта.По мере перевода ползунков эти значения постоянно обновляются в учебнике. Ползунок «Положение объекта» (переменная от 45 до 145 миллиметров) можно использовать для регулировки соотношения между объектом и линзой при изменении значений радиуса и показателя преломления.

Объект (или образец), отображаемый линзой, расположен в плоскости объекта , условно расположен на левой стороне линзы и представлен серой стрелкой, идущей вверх от центральной линии, или оптической ось , которая проходит через центр линзы перпендикулярно основным плоскостям.Трассы лучей через линзу (красные и серые линии) исходят от объекта и проходят слева направо через линзу, чтобы сформировать реальное изображение (перевернутая серая стрелка) в плоскости изображения на правой стороне линзы. Характерные трассы лучей, включая главный луч , представлены в учебном пособии красными линиями, а другие лучи показаны серыми трассами. Расстояние между передней главной плоскостью линзы и образцом известно как расстояние до объекта , а расстояние от задней главной плоскости до изображения называется расстоянием до изображения .Эти параметры являются основными элементами, определяющими геометрическую оптику простого объектива, и могут использоваться для расчета важных свойств объектива, включая фокусное расстояние и коэффициент увеличения.

Двояковыпуклые линзы - это простейшие увеличительные линзы, у которых точка фокусировки и коэффициент увеличения зависят от угла кривизны поверхностей. Более высокие углы кривизны приводят к более коротким фокусным расстояниям из-за того, что световые волны преломляются под большим углом по отношению к оптической оси линзы.Симметричный характер двояковыпуклых линз сводит к минимуму сферическую аберрацию в приложениях, где изображение и объект расположены симметрично. Когда двояковыпуклая оптическая система полностью симметрична (фактически, увеличение 1: 1), сферическая аберрация минимальна, а кома и искажения в равной степени минимизируются или устраняются. Как правило, двояковыпуклые линзы работают с минимальными аберрациями при коэффициенте увеличения от 0,2 до 5x. Выпуклые линзы обычно используются для фокусировки и увеличения изображения.

Линза работает, преломляя входящие световые волновые фронты в точках, где они входят и выходят из поверхностей линзы. Угол преломления и, следовательно, фокусное расстояние будут зависеть от геометрии поверхности линзы, а также от материала, из которого изготовлена ​​линза. Материалы с высоким показателем преломления будут иметь меньшее фокусное расстояние, чем материалы с более низким показателем преломления. Например, линзы из синтетических полимеров, таких как Lucite (показатель преломления 1.47), имеют более низкий показатель преломления, чем стекло (1,51), что приводит к немного большему фокусному расстоянию. К счастью, показатели преломления Lucite и стекла настолько близки друг к другу, что Lucite можно использовать вместо стекла во многих областях применения линз, включая популярные камеры Film-in-a-box, которые в настоящее время широко используются потребителями. Линза из чистого алмаза (показатель преломления 2,42) будет иметь фокусное расстояние значительно меньше, чем у стекла или люцита, хотя высокая стоимость чистого алмаза будет недопустимой для конструкции линзы.

Соавторы

Мэтью Дж. Парри-Хилл , Роберт Т. Саттер и Майкл У. Дэвидсон - Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.


НАЗАД К СВЕТУ И ЦВЕТУ

НАЗАД К ОБЪЕКТАМ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1998-2021, автор - Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт обслуживается командой

по графике и веб-программированию
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: понедельник, 18 сентября 2017 г., 14:47
Счетчик доступа с 14 августа 2002 г .: 85279
Для получения дополнительной информации о производителях микроскопов

используйте кнопки ниже для перехода на их веб-сайты:

Фокусное расстояние, поясняется энциклопедией RP Photonics Encyclopedia; фокусное расстояние, диоптрическая сила, изогнутое зеркало, уравнение объектива, микроскоп, фотографический объектив, фокус, радиус луча

Энциклопедия> буква F> фокусное расстояние

Определение: мера того, насколько сильно оптическая система фокусирует или расфокусирует свет

Немецкий: Brennweite

Категория: общая оптика

Обозначение формулы: f

Квартир: m

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/focal_length.html

Различные типы оптических систем (например, объективы микроскопов и изогнутые лазерные зеркала) могут фокусировать или расфокусировать свет, а фокусное расстояние используется для количественной оценки таких эффектов. Самый простой случай - это тонкая фокусирующая линза (рис. 1а). Если на линзу падает достаточно большой коллимированный луч света, луч будет сфокусирован, а фокусное расстояние - это расстояние от линзы до этого фокуса (при условии, что линза окружена вакуумом или воздухом, а не каким-то плотным веществом. со значительным показателем преломления).Для дефокусирующей линзы (рис. 1b) фокусное расстояние - это расстояние от линзы до виртуального фокуса (обозначено пунктирными линиями), принятое как отрицательное значение. Однако некоторые авторы используют разные условные обозначения, особенно в отношении переднего и заднего фокусного расстояния (см. Ниже).

Рисунок 1: Фокусирующие и дефокусирующие линзы и их фокусное расстояние. Для дефокусирующей линзы фокусное расстояние указывается как отрицательное значение.

Фокусное расстояние тонкой или толстой линзы

Линза с заданным фокусным расстоянием f (принимается как положительное в случае фокусирующей линзы) создает радиально изменяющуюся фазовую задержку для лазерного луча в соответствии со следующим уравнением:

Эта формула игнорирует постоянную часть оптического изменения фазы, а также оптические аберрации.Обратите внимание, что в зависимости от функции линзы - например, фокусировки коллимированных входных лучей или перефокусировки расходящегося света - могут потребоваться члены более высокого порядка в фазовом профиле, чтобы избежать оптических аберраций.

Следующее уравнение позволяет рассчитать диоптрическую силу и, следовательно, фокусное расстояние линзы, изготовленной из материала с показателем преломления n и радиусами кривизны R 1 и R 2 на двух поверхностях:

Радиусы кривизны принимаются за положительные значения для выпуклых поверхностей и отрицательные для вогнутых поверхностей.Положительные результаты получаются при фокусировке линз, отрицательные - при расфокусировке линз. Последний термин актуален только для толстых линз со значительной кривизной с обеих сторон. Формула дает фокусное расстояние в параксиальном приближении, например, без учета сферических аберраций.

Уравнение справедливо для параксиальных лучей, не слишком далеко от оси симметрии.

Фокусное расстояние изогнутого зеркала

Изогнутые зеркала часто используются для фокусировки или расфокусировки света.Например, в лазерных резонаторах изогнутые лазерные зеркала с диэлектрическим покрытием используются чаще, чем линзы, в основном потому, что они вносят меньшие потери.

Зеркало с радиусом кривизны R поверхности имеет фокусное расстояние f = R /2, если ось луча перпендикулярна поверхности зеркала. (Принимаем положительные знаки за вогнутые кривизны и фокусирующие зеркала.) Если есть некоторый ненулевой угол θ между осью луча и нормальным направлением, фокусное расстояние составляет f tan = ( R /2) · cos θ в тангенциальном направлении (т.е.е., в плоскости падения) и f провисание = ( R /2) / cos θ в сагиттальном направлении.

Изогнутые лазерные зеркала обычно имеют радиус кривизны от 10 мм до 5 м. Изготовление диэлектрических зеркальных покрытий может быть более трудным для очень сильно изогнутых подложек зеркал, но с помощью усовершенствованных технологий можно достичь фокусных расстояний всего в несколько миллиметров, что требуется для некоторых миниатюрных лазеров.

Фокусное расстояние расширенной оптической системы

Не очевидно, как определить фокусное расстояние расширенной системы - есть разные возможности!

Для оптической системы, которая может состоять из нескольких линз и других оптических элементов, приведенное выше определение фокусного расстояния не может быть использовано, поскольку для расширенной системы априори не ясно, где измерять расстояние до фокуса: от вход в оптическую систему, с выхода, из середины или из другого положения? В принципе, произвольное определение опорной точки (например.грамм. вход или середина) могут быть использованы, но в целом это будет означать, что некоторые общие правила не могут быть применены, например, удерживайте радиус перетяжки луча в фокусе позади некоторой линзы с заданным фокусным расстоянием (см. ниже) или возможное увеличение телескопа, содержащего эту оптическую систему.

Общий (но не универсальный) подход к определению фокусных расстояний расширенных систем основан на геометрической оптике. Для нахождения передней фокальной точки вычисляются лучи, которые являются горизонтальными на задней стороне (см. Рисунок 2), используя параксиальное приближение.Оптическая система считается «черным ящиком», в котором фактические траектории лучей не заботятся; вместо этого работают с внутренними лучами, которые экстраполируются из внешних лучей. Основываясь на этих экстраполированных лучах, можно определить переднюю главную плоскость (или первую главную плоскость ). Переднее фокусное расстояние - это расстояние между передней фокусной точкой (в передней фокальной плоскости) и передней главной плоскостью (см. Рисунок 2). Некоторые авторы определяют фокусное расстояние как отрицательное в ситуации на Рисунке 2, потому что точка фокусировки расположена на до передней главной плоскости; другие принимают абсолютное значение.

Фигура 2: Передняя фокусная точка связана с параллельными лучами на задней стороне (= выходной стороне). Считается, что оптический вход находится с левой стороны. Путь луча внутри устройства экстраполируется только из пути внешнего луча.

Для системы расфокусировки передняя фокальная плоскость может располагаться на выходной стороне; он содержит виртуальный фокус. Опять же, фокусное расстояние - это расстояние между главной плоскостью и фокальной плоскостью.

Точно так же можно определить заднюю фокальную плоскость (или вторую фокальную плоскость ) и заднюю главную плоскость (или вторую главную плоскость ), где горизонтальные лучи встречаются с левой стороны, а с правой стороны. имеет сходящиеся лучи для фокусирующей системы и расходящиеся лучи для дефокусирующей системы.Если показатели преломления на входе и выходе одинаковы (например, & приблизительно; 1 для воздуха), переднее фокусное расстояние и заднее фокусное расстояние идентичны (за исключением возможных различий знаков, используемых некоторыми авторами), и поэтому их можно просто назвать Фокусное расстояние . Однако две основные плоскости обычно не совпадают для толстых линз, и они могут даже лежать вне линзы.

Объясненное определение дает фокусное расстояние, которое также может использоваться, например, в уравнениях для размера фокуса (см. Ниже).

Обратите внимание, что расположение левого и правого краев оптической системы (например, положение внешних поверхностей линз, оптических окон и т. Д.) Или ее корпуса не имеют отношения к этим определениям.

В литературе используются разные обозначения фокусных расстояний. Например, можно иметь отрицательное переднее фокусное расстояние, если передняя фокусная точка находится перед передней главной плоскостью. Очевидно, что любые уравнения, включающие фокусные расстояния, должны использоваться с принятыми знаковыми соглашениями.

См. Также статью о главных самолетах.

Фокусное расстояние

В отличие от фокусных расстояний, фокусные расстояния , относятся не к основным плоскостям, а, скорее, к вершинам линз (не заботясь о корпусе, который может быть дополнительно увеличен). Таким образом, переднее фокусное расстояние - это расстояние между передней фокусной точкой и входной поверхностью оптики, а заднее фокусное расстояние - это расстояние между задней поверхностью и задней фокусной точкой.

Фокусные расстояния иногда путают с фокусными расстояниями!

К сожалению, эти термины также используются по-разному другими авторами. Например, бывает, что фокусное расстояние считается таким же, как и фокусное расстояние. Поэтому в некоторых каталогах продуктов указываются фокусные расстояния, которые на самом деле следует называть фокусными расстояниями, и, кроме того, эффективное фокусное расстояние .

Фокусное расстояние также не следует путать с рабочим расстоянием, которое представляет собой расстояние между образцом и корпусом объектива.Обратите внимание, что образец не обязательно помещается в фокальную плоскость, например когда входной свет в объектив не коллимирован.

Эффективное фокусное расстояние фотографического объектива

Значительная путаница возникает из-за того, что в контексте фотоаппаратов термин эффективное фокусное расстояние также используется в совершенно другом значении, как объясняется ниже.

Угол обзора камеры определяется соотношением размера изображения на пленке и фокусного расстояния.В пленочных камерах долгое время в основном использовалась 35-миллиметровая пленка (также называемая пленкой 135 в соответствии со стандартом ISO 1007), где размер изображения на пленке обычно составляет 36 мм × 24 мм. (Ширина катушки с пленкой составляет 35 мм, что несколько больше 24 мм, так как изображение не доходит до краев катушки.) Стандартный объектив тогда имеет фокусное расстояние 50 мм. Однако современные цифровые камеры (особенно более компактные) часто содержат датчики изображения размером менее 36 мм × 24 мм, так что объектив с соответственно меньшим фокусным расстоянием (например.грамм. 32 мм вместо 50 мм) требуется для получения того же поля зрения. Поскольку многие фотографы все еще привыкли к ранее действовавшему соотношению между фокусным расстоянием и углом зрения, стало обычным определять эффективное фокусное расстояние объектива цифровой камеры как такое фокусное расстояние, которое дает тот же угол обзора. в сочетании с обычной 35-мм пленкой. Например, тогда можно сказать, что объектив с истинным фокусным расстоянием 32 мм имеет эффективное фокусное расстояние 50 мм и, таким образом, функционирует как стандартный объектив, а не e.грамм. макро- или телеобъектив.

Можно ожидать, что от этого типа преобразования придется отказаться, поскольку 35-мм пленка становится все менее и менее распространенной.

Оптические системы с регулируемым фокусным расстоянием

Для некоторых приложений, в частности для фокусировки систем формирования изображений, важно, чтобы фокусное расстояние оптической системы могло быть точно отрегулировано. Могут быть использованы следующие физические принципы:

  • Если линза сделана из деформируемого материала, приложение некоторого механического давления может изменить ее форму, а это может изменить фокусное расстояние.Этот принцип используется в хрусталике глаза. Фокусное расстояние несколько уменьшается для фокусировки на близлежащих объектах.
  • Когда оптическая система содержит несколько оптических элементов (например, линзы), фокусное расстояние можно настраивать, регулируя относительные расстояния между оптическими элементами. Этот принцип используется, например, в объективах с фотографическим зумом.

Зависимость фокусного расстояния от длины волны; Использование изогнутых зеркал

Обычные линзы, работающие на основе преломления, имеют фокусное расстояние, которое немного зависит от длины волны из-за зависимости показателя преломления от длины волны (-> хроматическая дисперсия).Этот эффект приводит к хроматическим аберрациям, систем формирования изображений и аналогичным проблемам в других приложениях, где оптическая система используется для широкого диапазона оптических длин волн. Комбинации линз (например, объективы для фотоаппаратов) могут быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать хроматические аберрации. Наиболее распространенным является использование ахроматических дублетов , то есть линз, состоящих из двух разных стеклянных материалов, выбранных таким образом, что общие хроматические аберрации в значительной степени устраняются.

Полностью устранить хроматические аберрации можно, используя только оптические системы с зеркалами. Изогнутое зеркало с радиусом кривизны R имеет фокусное расстояние f = R /2 (для нормального падения), определяемое только геометрией и, следовательно, не зависящее от длины волны. С другой стороны, при ненормальном падении фокусное расстояние в тангенциальном направлении уменьшается на косинус угла падения и увеличивается на обратный косинус этого угла в сагиттальном направлении.Следовательно, такие зеркала могут привнести астигматизм.

Диоптрийная сила

Диоптрическая сила (также называемая оптической силой ) объектива определяется как величина, обратная эффективному фокусному расстоянию (которое равно переднему и заднему фокусному расстоянию, если медиана с обеих сторон оптики равна тем же). Это означает, что сильно фокусирующая линза имеет небольшое фокусное расстояние, но большую диоптрическую силу. Для очков по рецепту обычно указывается диоптрическая сила, тогда как фокусное расстояние указывается для стандартных линз, объективов микроскопов и фотографических объективов.

Фокусировка расходящихся лучей

Фигура 3: Иллюстрация уравнения линзы.

Если расходящийся (а не коллимированный) луч попадает на фокусирующую линзу, расстояние b от линзы до фокуса становится больше, чем f (Рисунок 2). Уравнение линзы утверждает, что

, где a - расстояние от исходного фокуса до линзы. Это показывает, что b ≈ f , если a >> f , но b> f в противном случае.Это соотношение можно интуитивно понять: для коллимации падающего луча (т. Е. Для устранения его расходимости) потребуется фокусирующая сила 1/ a , так что только фокусирующая сила 1/ f - 1/ a оставил для фокусировки.

Если a ≤ f , уравнение не может выполняться: линза не может фокусировать луч.

Обратите внимание, что уравнение линзы применяется для лучей, предполагая, что параксиальное приближение действительно, т.е. все углы относительно оси луча остаются малыми.

Достижимый радиус талии луча

Если коллимированный гауссов пучок с радиусом пучка w 0 попадает в фокусирующую линзу с фокусным расстоянием f , радиус перетяжки луча (фокуса) после линзы можно рассчитать по уравнению

, где предполагается, что радиус луча в фокусе намного меньше, чем начальный радиус луча w 0 . (Это условие нарушается для лучей со слишком малым радиусом падения; тогда фокус больше, чем согласно данному уравнению.) Также предполагается, что радиус луча значительно больше длины волны λ, так что параксиальное приближение действительно.

Уравнение показывает, что минимально возможный радиус луча определяется не только фокусным расстоянием f , а скорее отношением f к радиусу открытой апертуры линзы, которое устанавливает максимум радиуса входного луча. w 0 . Для фокусирующей или коллимационной линзы это отношение по существу равно числовой апертуре линзы .

Можно ли применить это правило к расширенной оптической системе с фокусным расстоянием f , зависит от применяемого определения f . Полезно указать эффективное фокусное расстояние , которое действительно для таких отношений.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев.По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала рассматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

См. Также: фокус, фокусное расстояние, числовая апертура, оптические апертуры, главные точки и главные плоскости, расходимость луча, хроматические аберрации, оптические аберрации, f-число, ахроматическая оптика, матрица ABCD, линзы, зеркала
и другие товары в этой категории общая оптика

Если вам понравилась эта страница, поделитесь ссылкой со своими друзьями и коллегами, e.грамм. через соцсети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о фокусном расстоянии

в
Энциклопедия фотоники RP

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
alt = "article">

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/focal_length.html 
, статья «Фокусное расстояние» в энциклопедии RP Photonics]

Как толщина линзы влияет на фокусное расстояние?

Линза с большей «изгибающей способностью» имеет меньшее фокусное расстояние , потому что она изменяет путь световых лучей более эффективно, чем более слабая линза .Но для более толстых линз , насколько они будут толщиной , имеет значение , и в целом приводит к более короткому фокусному расстоянию .

Нажмите, чтобы увидеть полный ответ


В связи с этим, какова взаимосвязь между толщиной линзы и фокусным расстоянием?

Для линзы с положительным фокусным расстоянием , чем выше положительное значение диоптрий, чем толще центр относительно края (что означает, что фокусное расстояние уменьшается по мере увеличения толщины ).Для линзы с отрицательным фокусным расстоянием толщина края увеличивается по сравнению с центром по мере увеличения отрицательного значения диоптрий.

Еще можно спросить, как кривизна линзы влияет на фокусное расстояние? Таким образом, фокусное расстояние растет с увеличением радиуса кривизны . То же самое верно для объектива , где формула производителя объектива показывает такое же соотношение (для тонкого объектива с равной кривизной с обеих сторон R формула говорит, что 1 / f = (n-1) * 2 / R (где f - фокусное расстояние , а n - показатель преломления объектива ).

Люди также спрашивают, почему у более толстых линз меньшее фокусное расстояние?

Толстая линза будет иметь более короткое и, следовательно, тонкая линза будет иметь большее фокусное расстояние . Поскольку для линзы толщиной оптический путь , длина света на больше, чем для тонкой линзы , таким образом, отклонение света будет на больше в случае более толстой линзы . Следовательно, у него с более коротким фокусным расстоянием .

Что определяет фокусное расстояние объектива?

Фокусное расстояние линзы равно , определяемое как , когда линза сфокусирована на бесконечность. Чем больше фокусное расстояние , тем уже угол обзора и больше увеличение. Чем короче фокусное расстояние , тем шире угол обзора и меньше увеличение.

Как фокусное расстояние влияет на то, что (и как) вы видите

Ваш выбор фокусного расстояния повлияет на то, что вы видите.Ты бы согласился с этим? Что, если бы я также сказал, что ваш выбор фокусного расстояния повлияет на , как вы видите? Это совсем другая история, не так ли? Вместо того, чтобы обсуждать, как фокусное расстояние влияет на ваш вид, когда вы смотрите в видоискатель, я хочу поговорить о том, как фокусное расстояние может повлиять на то, как вы смотрите на все вокруг себя, прежде чем вы даже когда-либо увидите это в видоискателе.

Разные фокусные расстояния будут иметь разные поля зрения. Для простоты скажем, что они будут «видеть» одну и ту же сцену по-разному.Вот пример:

20 мм f / 1,8 @ 20 мм, ISO 200, 1/3200, f / 4,0

Этот объектив 20 мм дает очень широкий обзор Сан-Франциско. Есть разные причины, по которым некоторые люди могут предпочесть такое фокусное расстояние для такой сцены: оно может показать, насколько велик город; он может быть довольно минималистичным; он может включать в себя драматическое небо, дополняющее здания.

135 мм f / 2 @ 135 мм, ISO 200, 1/3200, f / 4,0

Другие люди могут предпочесть более плотное изображение, которое я получил от моего 135-мм объектива. Опять же, есть разные причины, по которым некоторые люди могут предпочесть такое фокусное расстояние для такой сцены: части города, даже отдельные здания, можно легко изолировать; вы не чувствуете себя настолько отстраненным от сцены; вы можете почти полностью заполнить кадр зданиями, вырезав большую часть неба, если хотите.

Конечно, фотография хороша тем, что здесь нет правильного или неправильного ответа. Вам может не понравиться ни одно из фокусных расстояний, или вам может понравиться и то, и другое. У вас может быть совсем другая причина, чем те, которые я перечислил выше. И знаешь, что? Хорошо!

Но… давайте вернемся к сути статьи, не так ли? Если я надеваю объектив с большим фокусным расстоянием (105 мм, 135 мм, 200 мм и т. Д.) И гуляю по городу или пейзажу, я ищу совсем другие вещи, чем если бы я хожу с объективом с меньшее фокусное расстояние (14 мм, 18 мм, 24 мм и т. д.).Например, с большим фокусным расстоянием я могу искать интересные детали, которые могут стоять сами по себе. Я больше не смотрю на целые здания или сцены. Я смотрю на неоновые вывески, дверные ручки, гравюры, стволы деревьев и небольшие букеты цветов.

135 мм f / 2 @ 135 мм, ISO 200, 1/640, f / 4,0135 мм f / 2 @ 135 мм, ISO 200, 1/640, f / 4,0135 мм f / 2 @ 135 мм, ISO 200, 1/250, f /5.6

С более широким фокусным расстоянием я ищу более «большие изображения». Мелкие детали меня больше не интересуют, так как я знаю, что они теряются на изображении.Теперь я смотрю на здания, небо и на то, как все сочетается в кадре. Я смотрю пейзажи. Небольшие группы цветов меня не интересуют, в отличие от целых цветочных полей.

35 мм f / 1,4 @ 35 мм, ISO 200, 1/60, f / 4,020 мм f / 1,8 @ 20 мм, ISO 200, 1/800, f / 5,6

Итак, вот мой вызов вам. В следующий раз, когда вы будете снимать ради развлечения, ограничьтесь одним фокусным расстоянием. В идеале выбираемое вами фокусное расстояние должно быть тем или иным (телефото или широкоугольное), чтобы вы были вынуждены смотреть на мир другими глазами, чем обычно.Если вы используете зум, всегда устанавливайте для него одно фокусное расстояние.

Другой вариант - взять макрообъектив или удлинительную трубку и подойти ближе и ближе познакомиться со своими объектами. Внезапно в простом саду открываются безграничные возможности для фотографий. Город оживает текстурой. Вы думаете, что проигнорировали общую картину с большим фокусным расстоянием? С макрообъективом вы внезапно ищете идеальный индивидуальный цветок для фотографии.

135 мм f / 2 + удлинительная трубка 20 мм @ 135 мм, ISO 400, 1/400, f / 4.0

Это может быть очень конструктивным (и сложным) упражнением, если вы привыкли использовать «нормальное» фокусное расстояние, такое как 35 мм или 50 мм. Вывести свой мозг из режима 50 мм может быть довольно сложно!

Это упражнение, которое я выполняю время от времени, и меня всегда удивляет, как я начинаю замечать вещи, которые проходил мимо сотни раз и никогда раньше не замечал. Вы не только начнете видеть вещи по-другому, вы даже можете начать думать по-другому!

Несколько месяцев назад Насим был в Сан-Франциско и привез с собой объектив Tamron 15-30 мм, так что, конечно, мне пришлось взять его на тест-драйв.Я держал его на 15 мм все время, пока снимал им, и моему мозгу потребовалось некоторое время, чтобы приспособиться к его ширине на самом деле. Стоя на углу в ожидании перехода, ко мне подошел очень стильный парень, остановился и стал проверять свой телефон. Сразу же мой мозг переключился в режим 15 мм, и я понял, что могу сфотографировать этого парня, город и даже воздушные линии электропередач, которые проходят над большинством главных улиц Сан-Франциско! Несмотря на то, что он стоял всего в паре футов от меня, мне удалось быстро сделать это фото, что было бы невозможно с меньшим фокусным расстоянием.Это изображение, которым я довольно горжусь, не столько из-за содержания или композиции, сколько из-за того, что я смог сопоставить потенциал сцены с имеющимся у меня оборудованием и создать изображение на своей камере, которое я изначально представлял в своем голова.

15-30 мм f / 2,8 @ 15 мм, ISO 200, 1/250, f / 5,6

Вот один прощальный совет, если вы решите попробовать это и возьмете только один объектив (особенно если вы привыкли иметь различные фокусные расстояния всегда с вами)… Не беспокойтесь о кадрах, которые вы пропустили, потому что у вас не было подходящего фокусного расстояния.Это то, что должно произойти. Вместо этого просто наслаждайтесь тем, что видите свой мир иначе, чем вы привыкли. Скорее всего, вы вернетесь с изображениями, отличными от того, к которым вы привыкли. Удачной стрельбы!

оптика - Каково реальное значение фокуса объектива?

Здесь мы решаем концептуальную проблему. Для этого нам не нужна математика. Оригинальный плакат путает объект, на который он смотрит, со световыми лучами, отражающимися от этого объекта (или исходящими от него).Я сам только что спустился в эту кроличью нору.

Наши глаза имеют линзы, а сетчатка служит фокальной плоскостью. Ничем не отличается от фотоаппарата, телескопа или чего-то еще. Называть это фокусной «точкой» неверно, поскольку все наше поле зрения разрешается по всей поверхности нашей сетчатки, а не в одной незаметной точке. Фокусную «точку» следует рассматривать как фокальную «плоскость» на некотором определенном расстоянии от линзы. Ни одной точки в космосе.

Если вы посмотрите на крошечную светящуюся точку, возможно, на индикатор кнопки питания на вашем ПК или что-то в этом роде.Эта крошечная точка света испускает фотоны одновременно во всех направлениях. Единственные фотоны из этой крошечной точки света, которые получает ваш глаз, - это те, которые достигают поверхности хрусталика вашего глаза. Но ВСЯ линза вашего глаза принимает фотоны от этой крошечной незаметной точки света. Если бы у вашего глаза вообще не было линзы, то эта единственная точка света превратилась бы в покров беловатой непрозрачности. («Размытие»)

Это линза вашего глаза, которая отклоняет все световые лучи, исходящие от этой крошечной четкой точки света, которая теперь покрывает всю поверхность вашего хрусталика глазного яблока, обратно в эту крошечную четкую точку света, представляющую то, откуда исходил свет в первой точке. место.Он возвращается к той крошечной светящейся точке прямо на поверхности сетчатки, откуда информация затем может быть отправлена ​​в ваш мозг. И этот единственный объектив выполняет этот трюк для всего вашего поля зрения и превращает все ваше поле зрения в красивую четкую визуализацию по всей поверхности вашей сетчатки.

Свет рассеивается во всех направлениях. Линза фокусирует рассеянные световые лучи обратно во что-то визуально репрезентативное для точки их происхождения.

Линии, которые вы видите входящими в линзы на диаграммах, обычно не представляют объект, они представляют собой световые лучи, исходящие ОТ объекта.Две разные вещи.

Также для выпуклой линзы. Если я смотрю в фокус, изображение будет крошечным? Поскольку все световые лучи там сходятся?

Я думаю, что ошибка в этом образе мышления должна стать очевидной. Все световые лучи, попадающие в оптическую систему, не сходятся в одной точке. Они фокусируются на самолете. Только световые лучи из одной крошечной точки происхождения (например, кнопки питания или звезды) собираются снова сходиться в крошечную точку.Что касается того, что вы на самом деле видите, важно помнить, что оптическая система вашего глаза становится продолжением механической оптической системы, через которую вы смотрите. Единственная фокальная плоскость, которая ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеет значение, - это задняя часть сетчатки.

Думаю, чтобы не уклоняться от ответа. Что бы вы увидели? Я не совсем уверен, что честно. Я подозреваю, что вы увидите красивую четкую визуализацию всего, на что вы смотрите. Это очень похоже на то, как смотреть на поверхность телевизора с плоским экраном.

Увеличение и фокусное расстояние объектива | Научный проект

Сила увеличения - это то, насколько больше данная линза может сделать изображение. Это прямая зависимость между фокусным расстоянием линзы и наименьшим расстоянием отчетливого зрения или LDDV . LDDV - это ближайший к объекту объект, с которого ваши глаза могут удобно смотреть.

Какая лупа самая мощная?

  • Лупы разного размера и разной мощности
  • Стенка
  • Фонарик
  • Метр
  • Материал для увеличения!
  1. Для каждого увеличительного стекла встаньте у стены и направьте фонарик через каждое увеличительное стекло на стену.
  2. Переместите фонарик ближе или дальше от стены, пока свет не преломится в одну точку.
  3. Измерьте расстояние от объектива до стены, чтобы получить значение (в сантиметрах), чтобы найти фокусное расстояние. Здесь может быть удобно, если вам поможет друг.
  4. Создайте таблицу для управления данными.
  5. Теперь выберите небольшой объект. Поднесите объект как можно ближе к глазам, пока он не станет размытым и не в фокусе.
  6. Измерьте и запишите это расстояние.Это наименьшее расстояние отчетливого зрения, или LDDV.
  7. Рассчитайте увеличительную силу каждой увеличительной линзы. Используйте следующую формулу.

Где Mp, - сила увеличения, LDDV - наименьшее расстояние отчетливого зрения, найденное на шаге 7, а L f - фокусное расстояние объектива.

  1. Проверьте это! Согласуются ли ваши наблюдения с каждой рассчитанной силой увеличения? Для сравнения посмотрите, как выглядит один и тот же объект под разными увеличительными стеклами.

Расстояние отчетливого зрения для человека с прекрасным зрением обычно составляет около 10 см. Увеличительные линзы с меньшим фокусным расстоянием будут иметь большую силу увеличения.

Сила увеличения составляет обратно пропорционально фокусному расстоянию линзы : чем больше фокусное расстояние, тем меньше сила увеличения. LDDV - это постоянное число , так как оно обычно бывает одинаковым для людей с хорошим зрением. Фокусное расстояние и LDDV должны быть измерены в одних и тех же единицах, чтобы вычисления работали - обычно они измеряются в метрах (или сантиметрах).

Другая характеристика линз называется оптическая сила линзы , очень похожа на силу увеличения и выражается в следующем соотношении:

Единицы фокусного расстояния Lf - метры. Поэтому сила линзы измеряется в 1 / м, также называемая диоптриями .

Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей.Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *