Guida Tecnica. Obiettivi. Application Note n 008. Tel / Fax /241053

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1 Guida Tecnica Obiettivi - 1 -

2 Cos è un Obiettivo Un obiettivo è un insieme di una o più lenti che rifrangono la luce sull elemento sensibile, permettendo di focalizzare l immagine da riprendere sul sensore (CCD) della telecamera. L'obiettivo ha all' interno una lente convessa, che devia i raggi di luce che la attraversano e li fa convergere verso un punto poco oltre la lente stessa, dove si trova il CCD. A garanzia di un buon risultato è necessario scegliere obiettivi di qualità, tali da non indurre distorsioni geometriche e cromatiche della zona ripresa, con capacità di trasmettere al sensore della telecamera la massima quantità di luce riflessa dalla scena. La realizzazione con un blocco di lenti sigillate in vetro, unitamente al trattamento di coating che tali lenti hanno subito, è sinonimo di efficienza e durata dell obiettivo, traducibile in un immagine che nel tempo non perde la sua nitidezza e definizione a seguito dell intervento degli agenti atmosferici a cui può risultare esposto. Nella scelta degli obiettivi, le principali caratteristiche tecniche da tenere in considerazione sono: Lunghezza focale (f) o angolo di ripresa Iride (manuale/automatica, video o DC drive) Rapporto di apertura F Profondità di campo Formato Lunghezza Focale La lunghezza focale f rappresenta la distanza tra il centro ottico dell obiettivo e uno dei due fuochi che cadono sul piano focale. Il CCD si trova sull asse ottico in corrispondenza del fuoco posteriore (nel caso di una telecamera prenderemo naturalmente in considerazione solo questo) Il punto focale di una lente è il punto posto lungo l'asse ottico dove l'obiettivo è in grado di ricostruire un'immagine perfettamente a fuoco. In corrispondenza di questo punto si trova il CCD. Qui viene ricreata un immagine rettangolare (rovesciata) grande quanto il CCD. La distanza dalla lente al punto in cui convergono i raggi luminosi è detta appunto lunghezza focale

3 La distanza focale, espressa in millimetri, determina l angolo di visuale della zona ripresa dal sensore: maggiore è l angolo di ripresa, minore è la lunghezza focale, e viceversa. Per spiegare tutto in termini più pratici, possiamo dire che un aumento della distanza focale provoca uno zoom sul soggetto che andremo ad inquadrare (con conseguente riduzione dell angolo di ripresa), mentre una diminuzione di f provoca una visione grandangolare (con conseguente allargamento dell angolo di ripresa). Si possono evidenziare, in base alle caratteristiche costruttive, tre tipi di obiettivi: A focale fissa: l angolo di ripresa non può essere cambiato. Sono i più semplici ed economici, ma richiedono una corretta misurazione della dimensione della scena e della distanza che intercorre con la telecamera. Un calcolo errato comporta inquadrature troppo larghe o troppo strette, che implicano di conseguenza la sostituzione con un altro obiettivo. Varifocal: l angolo di ripresa può essere variato manualmente entro un determinato range (p.e. 3,5-8mm) utilizzando l apposita ghiera. Rispetto ai precedenti sono più flessibili, consentendo di regolare le dimensioni della zona di ripresa in fase di installazione con una certa tranquillità. Motorizzati: progettati per dare la possibilità all operatore da postazione remota di modificare la lunghezza focale (per esempio zoom 10x, 16x) tramite le apposite tastiere di comando. Permettono sia la visione panoramica della zona da riprendere sia l ingrandimento per poter vedere i particolari anche molto piccoli Iride L Iride è un meccanismo interno dell'obiettivo in grado di regolare la luminosità che raggiunge il sensore della telecamera (si tratta di una morsa che si apre e si chiude in base al livello di luce). In base alle caratteristiche costruttive, esistono tre tipi di obiettivi: Con iride manuale: l'iride può essere regolata manualmente ma, non essendo variabile al variare delle condizioni di luminosità della scena (esempio passaggio da luce diurna a luce notturna), limita l'utilizzo solo per installazioni da interno con condizioni di luminosità pressoché costante. Autoiris comandati dalla telecamera (DC): l'iride viene regolata automaticamente dalla telecamera, che ne determina l'apertura e la chiusura in modo lineare a seconda dell'intensità di luce presente sul sensore della telecamera. L'utilizzo di tali obiettivi presuppone che a bordo della telecamera sia presente il circuito elettronico di pilotaggio (DC drive appunto). Autoiris con circuito di compensazione a bordo (VIDEO): sono i più complessi, in quanto hanno al loro interno il dispositivo elettronico di comando e controllo dell' illuminazione al sensore. Oltre ad essere più costosi dei precedenti, non sempre garantiscono risultati ottimali in quanto agiscono in modo indipendente dalla telecamera

4 Rapporto di apertura (F-stop) Per determinare la luminosità di un obiettivo non è sufficiente conoscere il valore di apertura, ma è necessario conoscere anche la lunghezza focale. A titolo esemplificativo immaginiamo di guardare attraverso lo spioncino di una porta; tenendo l occhio vicino allo spioncino vedremo una determinata immagine, allontanandoci vedremo l immagine sempre meno luminosa e chiara. Pertanto, a diametro dello spioncino invariato, cambierà solo la distanza (lunghezza focale), e, conseguentemente, a parità di diaframma, una focale corta darà sempre più luminosità di una focale lunga L F-stop è il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro dell obiettivo, e rappresenta la capacità di trasferire la luce al sensore della telecamera, interdicendone quasi completamente il passaggio in condizioni di luce intensa o minimizzandone l attenuazione (se non addirittura amplificandola) in caso di scarsa luminosità. Come già accennato minore è il valore di F, maggiore sarà la quantità luce ricevuta dal sensore. Con un rapporto di apertura uguale ad 1 (distanza focale = diametro) la luce non viene attenuata ne amplificata, un rapporto di apertura di 1,2 (distanza focale > diametro) attenua invece il livello di luce,mentre un rapporto di apertura di 0,8 amplifica il livello di luce. F-Stop alto (2...3,5 o più) = Obiettivo chiuso, per riprese di esterni o interni ben illuminati F-Stop basso (1,2...2) = Obiettivo aperto, per riprese in interno anche in condizioni di poca luminosità, soggetto a sbiancamenti e sovraesposizione all'aperto Profondità di campo Definisce lo spazio lungo l asse in cui un oggetto può muoversi rimanendo sempre a fuoco. Grande profondità di campo significa maggior zona ripresa a fuoco, sia per oggetti vicini che per oggetti lontani. La profondità di campo dipende da: Apertura del diaframma Ad aperture di diaframma maggiori (e quindi un valore assoluto minore) corrispondono minori profondità di campo e viceversa. Distanza del piano di messa a fuoco (Soggetto) Ossia la distanza del soggetto dall obiettivo: maggiore sarà la distanza, più ampia sarà la profondità di campo. Lunghezza focale dell obiettivo maggiore è la lunghezza focale, minore è la profondità di campo. Poiché durante le riprese notturne l obiettivo è completamente aperto (F con valori minimi), la profondità di campo è inferiore e la zona ripresa non è più completamente a fuoco. Pertanto è consigliabile eseguire la taratura delle telecamere sempre in assenza di luce, allo scopo di utilizzare gli appositi filtri attenuatori di luce

5 Formato Il formato della lente, espresso in pollici, caratterizza la dimensione dell'area sulla quale viene focalizzata la scena. Nella scelta dell'obiettivo si tenga presente che il suo formato immagine deve essere uguale o maggiore a quello del sensore della telecamera. Nel caso si utilizzi lo stesso formato per l'obiettivo e per il sensore della telecamera, l'angolo di ripresa della telecamera e quello visivo dell'obiettivo coincidono, mentre se si utilizza un obiettivo con formato immagine superiore a quello della telecamera, l'angolo di ripresa utile della telecamera risulterà inferiore a quello della lente. Costruttivamente gli obiettivi vengono realizzati con due tipi di attacchi: C o CS, i quali differiscono fra di loro per la distanza tra la battuta dell'obiettivo ed il piano focale (17,5 mm per il C, 12,5 mm per il CS). Tramite l'apposito anello adattatore, le telecamere con passo CS possono essere equipaggiate con obiettivi a passo C. Viceversa l' utilizzo di obiettivi CS su telecamere tipo C causa la difficoltà nella regolazione della messa a fuoco. Filtri In generale, la taratura del sistema obiettivo/telecamera deve essere fatta nelle condizioni più gravose. Talora risulta utile poter simulare o modificare il contesto generale della scena. In queste circostanze si ricorre all'utilizzo dei filtri da installare sugli obiettivi. I filtri più utilizzati nel campo della TVCC sono: Filtro di attenuazione luce fattore 10 (neutral density 1): permette di attenuare la luce di un fattore 10 e viene utilizzato in fase di taratura delle telecamere a colori, Filtro di attenuazione luce fattore 1000 (neutral density 3): permette dì attenuare la luce di un fattore 1000, ed è quindi in grado di simulare le condizioni notturne con qualsiasi tipo di luminosità diffusa. Viene utilizzato in fase di taratura delle telecamere monocromatiche o per ridurre la luce in modo permanente nei casi di forti illuminazioni. Filtro passaggio raggi infrarossi: permette il passaggio della sola luce infrarossa, utile quindi per simulare il funzionamento degli illuminatori IR anche durante le ore diurne. Viene utilizzato con le telecamere bianco e nero, Filtro per la riduzione raggi infrarossi: permette di ridurre la componente di raggi infrarossi, ed è utile nelle circostanze in cui si è in presenza di forte intensità della luce naturale, con angoli di ripresa larghi e quindi con la possibilità che si crei il fenomeno dell'abbagliamento. Filtro polarizzatore: indicato in aree vaste con presenza di foschia generata dal calore o abbagliamento causato da elementi quali specchi, vetri, laghi, stagni ecc

6 Calcolo della focale E' possibile calcolare la lunghezza focale necessaria per vedere un oggetto posto ad una determinata distanza conoscendo le dimensioni del sensore (1", 2/3", 1/2", 1/3", 1/4"). E' anche possibile, conoscendo la focale dell'obiettivo da usare, calcolare le dimensioni di quanto viene visto. La tabella che segue contiene le formule necessarie per i calcoli. h = Altezza oggetto f = Lunghezza focale (mm) l = Larghezza oggetto D = Distanza dall obiettivo Formato Sensore Calcolo focale Calcolo Altezza Calcolo Larghezza Calcolo Distanza D/h o 12.7 D/l 9.6 D/f 12.7 D/f h f/9.6 o l f/12.7 2/3 6.6 D/h o 8.8 D/l 6.6 D/f 8.8 D/f h f/6.6 o l f/8.8 1/2 4.8 D/h o 6.4 D/l 4.8 D/f 6.4 D/f h f/4.8 o l f/6.4 1/3 3.6 D/h o 4.8 D/l 3.6 D/f 4.8 D/f h f/3.6 o l f/4.8 1/4 2.4 D/h o 3.4 D/l 2.4 D/f 3.4 D/f h f/2.4 o l f/

7 Tabella per il calcolo della focale - 7 -