ТЕСТ: АРД-объективы с фокусным расстоянием 2,8 мм и креплением типа CS-mount

Анализ результатов испытаний, публикуемый сегодня, продолжает тему, затронутую в статье "Тест. Варифокальные объективы с АРД с фокусным расстоянием от 3 до 8 мм" (Журнал "Системы безопасности", № 3, 2006, с. 28).
Указанные испытания были проведены с целью определения потребительских свойств представленных на тестирование АРД-объективов с фокусным расстоянием 2,8 мм

Тестируемые объективы
На тестирование были предоставлены объективы четырех японских производителей (Avenir TTSG 0284, Computar TG 2616 AFCS-4, Kowa LM3PB, Tamron 13FG28IR), одного канадского - под маркой Tantos TAB 02812 V и одного тайваньского, именуемого Camtek K-02812AI, с близкими заявленными характеристиками (Следует сразу оговориться, что объектив под маркой Tantos для нас оказался загадкой.)
Конструктивные особенности объективов приведены в табл. 8.
По качеству изготовления понравились объективы Computar, Tamron, выполненные из пластика с армированием. По внешнему виду очень похожи друг на друга объективы Avenir, Camtek и Tantos. Диафрагма в четырех образцах объективов (Avenir, Camtek, Tamron, Tantos) выполнена в виде двух перемещаемых угловых шторок, в углах которых установлены нейтральные пленочные светофильтры.
Наиболее плотные светофильтры у объектива Tantos, наименее плотные - у Camtek. Одна из
шторок объектива Computar выполнена с вырезом специальной формы. Диафрагма объектива Kowa отличается от всех остальных объективов тем, что выполнена в виде двух сердцевидных шторок с так называемым спот-фильтром (Spot-filter).

Испытательное оборудование
Как и в предыдущем тесте, испытания объективов проведены на установке, предназначенной для оценки и сравнения параметров и характеристик объективов, ТВ-камер, трактов обработки и линий передачи ТВ-сигнала в системах видеонаблюдения, разработанной специалистами ООО "БИК-Информ". Установка состоит из платы расширения для видеозахвата телевизионного изображения и специально разработанного программного обеспечения. Она предназначена для проведения сравнительной оценки качества оптики и изображения телевизионных камер методом сравнения контраста на фиксированных пространственных частотах. Основное назначение программного обеспечения - построение по полученным изображениям функции передачи модуляции (ФПМ) с целью сравнения оптического качества объективов.
Испытания объективов проведены при помощи монохромной ТВ-камеры формата 1/3" (Sony EXview HAD) и высокого разрешения (разложение 752х582 элемента).

Методика тестирования
Испытания проведены по методике, включающей в себя четыре основных этапа:
? внешний осмотр объектива, изучение его конструктивного исполнения, материала корпуса, механики регулировок фокусного расстояния и фокусировки, сопроводительной документации и заявленных производителем технических характеристик;
? проверка основных, в том числе заявленных, оптических характеристик;
? получение в электронном виде изображений тест-объектов в различных режимах работы объектива и построение на их основе функции передачи модуляции;
? анализ характеристик, полученных в результате испытаний, и оценка потребительских свойств каждого из испытанных объективов путем сравнения их характеристик.

Порядок проведения тестирования и определения параметров
Перед началом испытаний производилась настройка режима АРД каждого объектива при наблюдении близкорасположенного светильника с лампой накаливания мощностью 60 Вт. При этом проверялась устойчивость к самовозбуждению схемы управления АРД для объективов типа "Video Drive" (результаты см. в табл.2). Данные о качестве изображения характеризуют перегрузочную способность объективов. О перегрузочной способности объективов, их углах обзора и четкости получаемого изображения можно судить по изображениям панорамы окна, приведенным в табл. 4.
Фокусировка объективов производилась при полностью открытой диафрагме (освещенности около 5 лк), когда глубина резкости минимальна. Дополнительная фокусировка объективов в процессе испытаний не производилась.
Эквивалентные значения величины относительного отверстия получены из расчета величины относительного отверстия эталонного объектива, в качестве которого взят объектив с фиксированным фокусным расстоянием 12 мм с постоянным значением относительного отверстия F2.0, путем измерения минимальной освещенности, при которой визуально различаются крупные детали изображения наблюдаемого тест-объекта.

Фокусные расстояния и углы обзора вычислены на основании размеров видимой на экране монитора части испытательной таблицы и расстояния от нее до передней линзы объектива при условии вписывания испытательной таблицы по вертикали. Из-за больших геометрических искажений получаемого изображения и неопределенности расположения узловой точки объектива полученные значения фокусных расстояний могут отличаться от заявленных значений. Однако из результатов испытаний видно, что измеренные величины углов обзора объективов Computar, Kowa и Tamron близки к значениям, заявленным производителем.

Неравномерность освещенности по полю определяется при условии равномерной освещенности "белого поля" по всей площади. В качестве "белого поля" использована горизонтальная белая полоса в центральной части испытательной таблицы. Неравномерность осещенности определяется в процентах по величине отклонения уровня видеосигнала на краях изображения "белого поля" относительно его уровня в центре изображения.
Кривизна поля изображения – аберрация (искажения) оптических систем, при которой резкое изображение плоского предмета лежит не на плоскости, а на искривленной поверхности. При проецировании такого изображения на плоскость фотоприемника (ПЗС-матрицы) наблюдается расфокусировка на краю изображения относительно центра. Ее проявление определяется методом поочередной фокусировки по центру и краю изображения при условии минимальной глубины резкости (при полностью открытой диафрагме). Если положения узла фокусировки при этом различны, то имеет место кривизна поля изображения.

Геометрические искажения (дисторсия) определялись (в процентах) средствами программного обеспечения по величине отклонения изображения вертикальных и горизонтальных линий от вертикали и горизонтали соответственно на краю изображения относительно его размеров.
Функции передачи модуляции (ФПМ) для различных уровней освещенности (5, 10, 50, 100, 500, 1000, 5000 и 10 000 лк) испытательной таблицы, а также при инфракрасной засветке приведены в табл. 7. В качестве источника инфракрасного излучения использованы два инфракрасных прожектора ПИК 23 с длиной волны 870 нм. При этом проверялось изменение четкости изображения и наличие ухода плоскости наилучшего изображения (расфокусировки).
Объектив с явно выраженным эффектом расфокусировки при изменении освещенности для круглосуточного наблюдения мало приемлем. Падение четкости при ИК-засветке свидетельствует о значительной дисперсии (спектральной зависимости) примененных в объективе линз.
ФПМ описывает частотно-модуляционные характеристики объектива по полю получаемого изображения. Каждая кривая на ее графике описывает изменение глубины модуляции видеосигнала от центра к краю на определенной пространственной частоте относительно размаха черно-белого перепада в центре формируемого изображения. Значения пространственных частот выбраны из ряда: 250, 300, 400 и 500 ТВЛ. Чем выше расположена кривая и чем ближе она к горизонтальному положению, тем лучше оптические свойства объектива. Совокупность графиков зависимости коэффициента передачи модуляции (КПМ) от пространственной частоты дает наглядное представление о величине контраста и четкости по всему полю изображения. Кривая "Ч/б" описывает изменение контраста изображения от центра к краю, а кривые "250", "300", "400" и "500 ТВЛ" – изменение четкости. Изменение кривых функции передачи модуляции при изменении условий освещенности наблюдаемого тест-объекта описывает поведение объектива, то есть изменение качества получаемого изображения.

В отличие от предыдущего теста в программу настоящих испытаний введены проверки:

Таблица 8. Визуальный осмотр
Наименование		TTSG 0284 (Avenir)	K-02812AI (Camtek)	TG 2616 AFCS-4 LM3PB (Computar) (Kowa)		13FG28IR (Tamron)	TAB 02812 V (Tantos)
Производитель		Seikou Optical Ltd. Tokyo, Japan	Camelot-Security Int’l Co., Ltd., Taiwan	CBC Co., Ltd., Tokyo, Japan	Kowa Company Ltd., Tokyo, Japan	Tamron Co. Ltd., Saitama JAPAN	STR International Inc., Toronto, Canada
Сопроводительная документация		На английском; характеристики не приводятся; схема подключения; эл. параметры; Printed in Japan	На английском; приведены основные характеристики; схема подключения; эл. параметры	На англ. и японском; наиболее подробная документация на линейку объективов с указанием координат производителя; Printed in Japan	На английском; приведены формат и тип крепления; схема подключения; инструкция по настройке АРД	На английском; подробная - на серию объективов с указанием координат производителя; Printed in Japan	На русском; приведены основные характеристики на линейку
Примерная розничная стоимость, USD		-	-	-	89	56	-
Заявленные характеристики*	Формат, дюймы Фокусное расстояние, f, мм Относит. отверстие, F Угол обзора по гор., град Мин. Опт. расстояние, м Тип крепления Габарит* (0, Ш, Д), мм Вес, заявленный и фактический*, г Диапазон рабочих температур, С Тип АРД	1/3 2,8 1.4 ~ 360 95,6 0,2 CS-mount 38х43,9х40 63,3 (57) -10… +50 Video	1/3 2,8 1.4 ~ 360 98,5 0,15 CS-mount 38х43,5х39 60,0 (67) -10… +50 Video	1/3 2,6 1,6 ~ 360 99,6 0,1 CS-mount 34х40,0х40,0 43,0 (44) -20… +50 Video	1/3 2,8 1,4 ~ НД 97,4 0,2 CS-mount 39,5х49,0х43,5 69 (60) -10… +45 Direct	1/3 2,8 1,2 ~ НД 93.2 0,2 CS-mount 34х42,0х39,0 44 (44) -20… +60 Direct	1/3 2,8 1,2 ~ НД 81,2 0,15 CS-mount 38х44,0х38,5 НД (58) НД Video
Исполнение; материал; цвет корпуса		Добротное; металлопластик; черный	Добротное; металлопластик; черный	Качественное; пластиковое литье; цветная маркировка; черный	Пластик; черный	Качественное; пластиковое литье; черный	Добротное; металлопластик; черный
Конструктивное исполнение механизма регулировки фокусировки		Кольцо с фиксатором в задней части	Кольцо с фиксатором в задней части	Ребристое кольцо в задней части со штырем без фиксации	Ребристое кольцо в задней части без фиксации	Сегмент в средней части с фиксатором	Кольцо с фиксатором в задней части
Конструктивное исполнение диафрагмы		Две угловые шторки +2 ND-фильтра средней плотности	Две угловые шторки + 2 ND-фильтра низкой плотности	Две угловые шторки, одна из них спец. формы +2 ND-фильтра низкой плотности	Две сердцевидные шторки + Spot-фильтр в виде концентрических кругов с увеличением плотности к центру	Две угловые шторки + 2 ND-фильтра средней плотности	Две угловые шторки + 2 ND-фильтра высокой плотности
Кабель		250 мм без разъема	290 мм с разъемом	375 мм без разъема	220 мм с разъемом	240 мм с разъемом	290 мм с разъемом

* Габаритные размеры и вес измерены в процессе испытаний

? степени светорассеяния, то есть паразитных отражений в оптической системе объективов (полученные изображения приведены в табл. 2);
? спектральной зависимости светофильтров узла диафрагмы;
? цветопередачи

Из приведенных в табл. 2 изображений видно, что наиболее выражено светорассеяние у объективов Camtek и Tantos.
Спектральная зависимость светофильтров узла диафрагмы проверялась путем наблюдения живого растения при его освещении двумя галогенными светильниками мощностью 150 Вт. Испытание показывает, каким будет изображение живой зелени при наблюдении черно-белой

Таблица 9. Результаты испытаний

Наименование			TTSG 0284	K-02812AI	TG 2616 AFCS-4 LM3PB		13FG28IR TAB 02812 V
Характеристики			(Avenir)	(Camtek)	(Computar)	(Kowa)	(Tamron) (Tantos)
Перегрузочная способность при наблюдении лампы накаливания	Степень локальной пересветки и качество изображения		См. соответствующие изображения в табл. 1 и 4
	Устойчивость к самовозбуждению схемы управления АРД типа "Video Drive" ("хлопание" диафрагмы)		Устойчив	Неустойчив	Склонна к само- возбуждению	-	-	Устойчив
Эквивалентное значение относительного отверстия (получено методом сравнения с образцовым объективом, величина относительного отверстия которого принята равной 1/F2,0)			1/F1.1	1/F1.1	1/F1.26	1/F0.9	1/F0.9	1/F1.1
Фокусное расстояние, мм			2,6	2,6	2,1	2,2	2,3	2,9
Угол обзора по горизонтали, град.			85,8	84,6	96,7	94,4	93,3	79,6
Неравномерность освещенности по полю, %			60	70	50	70	50	60
Наличие кривизны поля (визуально по степени расфокусировки края относительно центра изображения)			Заметна	Малозаметна	Малозаметна	Малозаметна	Заметна	Малозаметна
Геометрические искажения (дисторсия)		По горизонтали	6,8	3,8	8,2	7,6	7,6	4,0
		По вертикали	4,2	2,6	4,4	4,6	4,0	2,2
Поведение при инфракрасном освещении			Расфокусировка	Четкость растет	Незначительная расфокусировка	Незначительная расфокусировка	Четкость растет	Четкость растет
Наличие светорассеяния (визуально)			См. соответствующие изображения в табл. 2
Изображение живых растений, получаемое с помощью черно-белой ТВ-камеры (визуально)			См. соответствующие изображения в табл. 3
Цветопередача (визуально)			См. соответствующие изображения в табл. 5 и 6
Прочие замечания			Четкость при изменении освещенности существенно изменяется	Плохое качество сборки – часть изображения не в фокусе (пятно)	Склонность к самовозбуждению схемы управления АРД	Спектральная зависимость Spot-фильтра – отсекает часть ИК-спектра	Наличие инфракрасной коррекции – присутствует индекс IR в наименовании объектива	Изображение, неприемлемое в большинстве режимов
Выявленные недостатки			Низкая четкость при освещенности (500-1000), лк	Неустойчивая работа схемы управления АРД; большая неравномерность освещенности и четкости по полю	Большие геометрические искажения (короткий фокус); низкая перегрузочная способность	Большие геометрические искажения (короткий фокус) и неравномерность освещенности и четкости по полю	Низкая перегрузочная способность и четкость при освещенности около 100 лк	Низкий контраст и четкость в большинстве режимов; спектральная характеристика приводит к явно выраженным искажениям цвета
Достоинства			Нет	Приличная геометрия, высокая четкость в ИК	Высокая четкость во всех режимах по полю; высокое качество изготовления	Высокая светосила и четкость в центре во всех режимах	Высокая светосила и четкость по полю в большинстве режимов и в ИК, высокое качество изготовления	Геометрия, высокая четкость в ИК и перегрузочная способность

ТВ-камерой. Каждый инсталлятор систем видеонаблюдения рано или поздно сталкивается с проблемой, когда Заказчик приходит в недоумение от изображения на экране монитора травы и листвы деревьев при их наблюдении в солнечную погоду монохромной ТВ-камерой. Попробуй объясни ему теорию спектров и то, что подобное изображение живой зелени – закономерное явление. По-своему уникальные спектральные свойства спот-фильтра объектива Kowa видны на изображении, которое приведено в табл. 3. Неожиданно для нас, но аналогичную зависимость демонстрирует и объектив Tantos.

Требования к качеству цветопередачи в системах видеонаблюдения не такие жесткие, как в систе-мах вещательного телевидения, однако она должна быть по меньшей мере приемлемой.
Нами сделана попытка обнаружить изображения с явными отклонениями от приемлемой цветопередачи, полученные при поочередной установке объективов на цветную телевизионную камеру.
В табл. 5 приведены изображения тест-объекта при его освещении двумя галогенными светильниками мощностью 150 Вт. В табл. 6 даны изображения, полученные при наблюдении панорамы окна с видом на улицу в светлое время суток, но в пасмурную погоду. В обоих тестах явные отклонения от приемлемого цветного изображения показал объектив Tantos.

Выводы
В заключение отметим, что мы сознательно не даем окончательную оценку потребительских свойств объективов. Решайте сами, что для вас является приоритетным при выборе -соответствие вашим требованиям, стоимость оборудования, имя производителя или качество получаемого изображения. Одно бесспорно, что при выборе оборудования для системы видеонаблюдения следует помнить о задаче, которое оно должно решать, и искать вариант, приемлемый по затратам.

Журнал "Системы безопасности", №2(74) 2007 год