Что такое мегапиксельный объектив и для чего он нужен?

Фиг.1 Для хорошей фокусировки на мегапиксельной матрице размер пятна мегапиксельного объектива должен быть как можно меньше.

Фиг.2 Размер пятна стандартного объектива не обеспечивает четкой фокусировки на элементах мегапиксельной матрицы.

В таком случае можно было бы предположить, что всем, кто указывает в спецификации мегапиксельную камеру, требуется мегапиксельный объектив. Однако все не так просто, во многих случаях довольно трудно гарантировать, что предлагаемый объектив как раз такой, какой нужно. Традиционно, любой приличный объектив должен работать с обычными аналоговыми камерами, так что подбор объектива для них никогда не был проблемой. В результате слишком много проектировщиков и интеграторов до сих пор не понимают, что для мегапиксельных камер объектив это не любой объектив.
С мегапиксельными камерами проектировщики и интеграторы входят в полностью новый мир, состоящий из миллионов пикселов, а 1500 пикселов по горизонтали это норма, это не 320 ТВЛ, используемых в большинстве аналоговых камер. Используемые прежде телевизионные линии могут теперь рассматриваться как ряды пикселов. Требования по разрешающей способности резко возросли.
Это правда. Многие производители заявляют в своих товарах: мегапиксельный объектив, однако они редко объясняют, что означает это прилагательное. Данный MP (мегапиксельный) объектив предназначен для использования с камерой 1,3 Мп или с камерой 3 Мп? Может ли он использоваться со всеми мегапиксельными камерами?
Возвращаясь к фиг. 1 и 2, наверное, можно догадаться, что для достижения наилучшего качества изображения для различных мегапиксельных камер требуются различные объективы и что для камер с большим числом мегапикселов (с их пикселами меньших размеров) требуются объективы, обеспечивающие передачу с высокой точностью большего числа элементов, чем для камер с меньшим числом мегапикселов.
Итак, как же определить необходимое качество объектива? Для правильного выбора объектива для камеры может использоваться количество пар линий на миллиметр (LP/MM), которое в спецификации на объектив служит мерой его разрешающей способности. Количеством LP/MM определяется наименьшая ширина пары соседних пикселов, которые с помощью данного объектива могут восприниматься раздельно.
Например, для стандартных аналоговых камер требуется объектив с показателем около 30 LP/MM, в то время как мегапиксельные объективы имеют соответствующие показатели начиная от 60 LP/MM и заканчивая более 200 LP/MM.
К примеру, объектив с разрешением 60 LP/MM на матрице 1/3 камеры 1.3 Мп (которая имеет разрешающую способность 133 LP/MM) не позволяет полностью использовать разрешающую способность камеры. Причина в том, что объектив обеспечивает различение только 60 пар линий на мм, в то время для как для данной камеры с ее мегапиксельным разрешением требуется 133 пар линий на мм. Данный объектив с данной матрицей, имеющейся у камеры, не позволяет наблюдать достаточно мелкие детали.
В вышеприведенном примере при использовании объектива с низким разрешением столбец толщиной в 1 пиксел на изображении будет размываться и не будет виден. Объектив позволит различать, столбец только в том случае, если он увеличится почти до 3 пикселов. Другими словами, с данным объективом и камерой нельзя будет рассмотреть ни один объект, меньший 3 пикселов. Следствием этого является то, что дополнительные пикселы камеры пропадают впустую за такую камеру явно переплачивают.
Остерегайтесь того, что слишком много объективов называется мегапиксельными лишь на основании значения LP/MM в центре объектива, но не на его краях. Для пользователя это различие может оказаться решающим. Не редкость, когда мегапиксельный объектив имеет 60 LP/MM в центре и только 30 LP/MM на краях. Это значит, что разрешение на краях так называемого мегапиксельного объектива не лучше, чему у обычного объектива для аналоговой камеры, который вдвое дешевле.
Итак, размеры пикселов различны у различных мегапиксельных камер, тем самым влияя на то, какой из объективов наилучшим образом подходит к той или иной конкретной камере. Требуемое разрешение объектива в значениях LP/MM для данной камеры может быть рассчитано, исходя из размера пиксела.
Дополнительной сложностью является то, что физическая ширина пикселов в камерах может быть различной из-за различных форматов матриц и что количество пикселов должно соответствовать фотоприемнику. Другими словами, можно иметь две матрицы различного размера с одинаковым общим количеством пикселов, однако требуемое разрешение объектива при этом будет различным. Это означает, что значение LP/MM относится только к размеру пикселов матрицы. Объектив, имеющий 120 LP/MM может отлично подходить для камеры 1.3 Мп с матрицей 1/2, но при этом не слишком хорош с камерой 2 Мп и матрицей 1/3, поскольку в последнем случае размер пиксела намного меньше. Идеально, когда разрешение объектива больше разрешения камеры.
Приложения, реально влияющие на выбор объектива
Без сомнения, существует большая разница между объективами, требуемыми для обычной аналоговой камеры при наблюдении в универсальном магазине, мегапиксельным объективом 1.3 Мп для наблюдения за парковкой возле торгового центра и мегапиксельным объективом 3.0 Мп для видеонаблюдения за местом проверки в исправительном учреждении. В таких приложениях, как распознавание автомобильных номеров, распознавание лиц и/или их идентификация очень часто используются мегапиксельные камеры, однако для этого требуется знание разрешающей способности изображения и требуемой детализации.
Преимущественное использование мегапиксельных камер проявляется и при видеонаблюдении с охватом больших площадей. Многие интеграторы выбирают мегапиксельные камеры по той причине, что с помощью одной такой камеры можно охватить такой же объем пространства, что и с несколькими аналоговыми камерами, имеющими такую же разрешающую способность. При этом можно отказаться от большого количества камер, сэкономить на камерах, на регистрирующем оборудовании, на монтаже и обслуживании.
В таких приложениях мегапиксельная камера должна иметь возможность увеличения изображения (цифровой зум) в любой его части, в том числе и на краях. Использование сверхширокоугольного объектива, не имеющего искажений типа рыбий глаз, объектива с прямолинейной оптикой, обеспечивает сверхширокий угол обзора, с лучшим разрешением на краях изображения, чем объектив, имеющий бочкообразные искажения.
К тому же помните, что детализация изображения также определяется полем зрения. Должен быть найден компромисс между размером объекта на изображении и тем, насколько хорошо можно разглядеть на нем детали с помощью данной камеры. Больший угол зрения соответствует пикселам камеры при большем угле, что будет соответствовать количеству пикселов, приходящихся на один фут (0,3 метра). Например, если камера 1.3 Мп с матрицей 1280 пикс имеет угол обзора более 90 градусов, то при расстоянии до объекта 50 футов для горизонтального поля зрения будет приходиться примерно 13 пикс на один фут. Однако при уменьшении поля зрения в два раза разрешающая способность окажется в два раза большей, примерно 26 пикс на фут.
Что можно сделать?
Для расчета значения LP/MM, требуемого для данной камеры, разделите ширину или высоту матрицы в пикселах на физическую ширину или высоту матрицы в миллиметрах, затем частное разделите на 2. Делить на 2 необходимо потому, что значение LP/MM определяется для 2 соседних пикселов (пары линий):

Хотя в прошлом значение LP/MM, как правило, не предоставлялось производителями объективов, с принятием рынком мегапиксельной технологии оно становится все более распространенным и в настоящее время может быть полезным при выборе объектива. Однако многие производители будут использовать для мегапиксельной технологии упрощенное обозначение качества объектива (например, 1.3 МР или 3 МР), а также стандартное обозначение матрицы (например, 1/2 или 1/3).
Однако вследствие большого числа взаимозависимых переменных наиболее полезным инструментом правильного выбора объектива являются специальные калькуляторы, предоставляемые производителями на их сайтах. Указав разрешающую способность и размер матрицы, а также вид приложения, с помощью такого калькулятора можно получить тип объектива.
Добиться максимума
При покупке аналоговых камер обращали внимание на минимальную освещенность, максимальную освещенность, защиту от осадков и другие факторах, но мысли об объективе редко оказывались даже на втором месте. При современных мегапиксельных камерах объектив может оказаться наиболее важным аксессуаром при выборе каждой мегапиксельной камеры. В конце концов, если объектив не обеспечивает то разрешение, на какое способна камера, то вы просто зря потратили свои деньги на приобретение камеры с более высоким разрешением.