دریچه دیافراگم

میزان نور عبوری از لنز با تنظیم قطر دریچه دیافراگم (lris) تغییر می کند. با افزایش قطر دریچه دیافراگم نور بیشتری از آن عبور می کند. به همین دلیل برای نور محیطی بسیار کم لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم بزرگ بهترین گزینه هستند. برای داشتن بهترین کیفیت تصویر باید بهینه ترین میزان پرتوی نوری از لنز عبور کند، به عنوان مثال اگر میزان نور عبوری از لنز خیلی کم باشد، تصویر نهایی تاریک خواهد شد و اگر نور بسیار زیادی از آن عبور کند، تصویر نهایی بیش از حد درخشان می شود.

میزان نور دریافتی حسگر دوربین توسط دو عامل ۱- میزان باز بودن دریچه دیافراگم و ۲- زمان نوردهی (Expose Time) تعیین می شود. زمان نوردهی، مدت زمان در معرض نور قرار گرفتن حسگر می باشد.

حسگر دوربین با افزایش زمان نوردهی نور بیشتری دریافت می کند. به همین دلیل زمان نوردهی در محیط های پر نور باید کوتاهتر و در محیط های کم نور باید طولانی تر باشد.

سطح نوردهی در حالت دریچه دیافراگم باز و زمان نوردهی کوتاه با حالت دریچه دیافراگم تنگ و زمان نوردهی طولانی برابر است. البته باید به این نکته مهم توجه شود که با طولانی تر شدن زمان نوردهی، امکان مات شدگی اجسام متحرک بیشتر می شود و هر چقدر دریچه دیافراگم بازتر شود، عمق میدان دید کاهش می یابد. از طرف دیگر تقویت سیگنال (تنظیم حساسیت نوری یا تقویت حسگر دوربین) بر نور دهی تاثیر گذاشته و باعث افزایش سطح نویز در تصویر می شود.

زمان نوردهی در دوربین های معمولی توسط دریچه دیافراگم کنترل می شود اما در دوربین های دیجیتالی و شبکه از دریچه دیافراگم استفاده نمی شود و تنظیم زمان نور دهی توسط حسگر دوربین و به صورت الکترونیکی (Rolling Shutter) انجام می شود. لنزهای دارای دریچه دیافراگم دستی در محیط های داخل ساختمان با سطح روشنایی ثابت استفاده می شوند و دریچه دیافراگم آنها از طریق حلقه ی روی لنز تنظیم شده و یا روی یک سرعت اپتیکی خاص قرار داده می شود. لنزهای مجهز به دریچه دیافراگم خودکار در مکان هایی که سطح روشنایی آنها همواره متغیر است یا خارج ساختمانی استفاده می شوند. پردازنده ی دوربین با توجه به تغییرات روشنایی از طریق جریان DC استاندارد دریچه دیافراگم را کنترل (DC-iris) و باز و بسته می کند.

سرعت اپتیکی یا f-number

سرعت اپتیکی یا f/# ) f-number )قابلیت لنز در جمع آوری روشنایی ( میزان جمع آوری و ارسال پرتوهای نوری به حسگر دوربین ) است. سرعت اپتیکی لنز به وسیله شاخصه ی f/# ) f-number )تعریف می شود و به آن F-Ston نیز گفته می شود.

هم زمان با افزایش طول فاصله ی کانونی (FL) لنز برای ثابت نگه داشتن f-number باید قطر دریچه دیافراگم (d) نیز افزایش یابد. اندازه ی f-number متناسب با فاصله ی کانونی و قطر لنز ( قطر دریچه دیافراگم ) است و به وسیله ی رابطه ی زیر محاسبه می گردد:

f/# =(f L)/d

با کوچک تر شدن f-number توانایی لنز در جمع آوری نور بیشتر می شود و در نتیجه با افزایش نور، کیفیت و وضوح تصاویر افزایش می یابد. شاخصه f- number شباهت زیادی به فلوی آب عبوری از لوله دارد، یعنی اگر f- number نصف شود ( یعنی قطر لنز دو برابر  شود ) میزان نور عبوری از لنز چهار برابر می شود، به عنوان مثال میزان نور عبوری از لنز ۲.۰ /fچهار برابر لنز ۰.۴ /f است.

مقدار واقعی f- number در عمل با وجود تلفات ناشی از ایده آل نبودن لنز و وجود خصوصیاتی نظیر بازتاب نور، جذب نور و دیگر نواقص ذاتی لنز از میزان محاسبه شده در رابطه (فرمول اول) کمتر می شود. میزان نور دریافتی حسگر (I) از طریق رابطه زیر بدست می آید ( ضریب ثابت K= ) :

I=k/(f/#)^2

 استفاده از لنزهایی با f- number کمتر برای صحنه های تاریک توصیه می شود و برای داشتن #/fهای کوچکتر طبق رابطه (فرمول اول )    فاصله ی کانونی لنز باید بلند تر شود. این لنزها اگر چه سریع تر هستند و نور بیشتری را جمع آوری می کنند اما بلندتر و بسیار گران قیمت هستند. در جدول زیر مقایسه ای بین لنزی با ۵.۶ /f و لنزهای دیگر صورت گرفته است. در این جدول قدرت جمع آوری نور توسط لنز ۱.۱/f، سی و دو ۳۲ برابر لنز ۵.۶/f است و به عبارت دیگر حساسیت نوری این لنز ۳۲ برابر لنز ۵.۶/f می باشد.

میزان نور دریافتی حسگر دوربین

f-numberنسبت قدرت جمع آوری نور
۵.۶/f۱
۴.۰/f۲
۲.۸/f۴
۲.۰/f۸
۱.۴/f۱۶
۱.۰/f۳۲

عمق میدان دید

عمق میدان دید یکی از مهمترین شاخصه های مقایسه ای سیستم های ویدئوی حفاظتی است. معیار DOF به میزان وضوح تصویر در پشت و جلوی محدوده ای اشاره می کند که دوربین روی آن محدوده متمرکز شده است. به عنوان مثال ممکن است از یک دوربین برای کنترل پارکینگی استفاده شده باشد و کاربر بخواهد شماره پلاک خودرویی را در فاصله ۲۰، ۳۰ و ۵۰ متری از محل نصب دوربین بخواند. در این شرایط به هر میزان که DOF لنز بزرگ تر باشد، وضوح تصویر در فواصل دورتر بهتر می شود.

عمق میدان دید 1 - سه عامل بسیار مهم در کیفیت تصویر دوربین مدار بسته

عمق میدان دید. صفی را تصور کنید که در آن چند نفر پشت سر هم ایستاده باشند. اگر دوربین روی وسط صف متمرکز شود و در این شرایط اگر در تصویر امکان شناسایی چهره اشخاصی در ۱۵ متری (۴۵ فوت) پشت و جلوی محل تمرکز وجود داشته باشد، در آن صورت عمق میدان دید دوربین خوب است.

عمق میدان دید تحت تاثیر سه عامل ۱- فاصله ی کانونی، ۲- قطر دریچه دیافراگم و ۳- فاصله دوربین از صحنه قرار دارد. هر چقدر فاصله ی کانونی طولانی تر، فاصله دوربین از صحنه کمتر و قطر دریچه دیافراگم بزرگ تر باشد، عمق میدان دید کوتاه تر می شود.

در شکل زیر چند نمونه از عمق میدان دید برای انواع f- numberها با فاصله ی کانونی ۲ متری (۷ فوتی) نشان داده شده اند. با استفاده از f- numberهای بزرگ تر ( دریچه دیافراگم کوچک تر ) می توان روی اجسامی که در فواصل دورتر قرار دارند، متمرکز شد.

 

Desmond Louw 03 - سه عامل بسیار مهم در کیفیت تصویر دوربین مدار بسته

عمق میدان دید با توجه به میزان باز بودن دریچه دیافراگم تغییر می کند.

در محیط های کم نور باید بین داشتن عمق میدان دید مناسب و میزان مات شدگی اجسام متحرک تعادل برقرار شود. برای داشتن عمق میدان دید خوب در شرایط نورکم محیطی – و احتمالاً تصویری روشن – باید دریچه دیافراگم تنگ و مدت زمان نوردهی افزایش یابد. زمان نوردهی طولانی باعث مات شدگی اجسام می شود و از طرف دیگر با تنگ بودن دریچه دیافراگم خطاهای اپتیکی کاهش یافته و دقت فیلم برداری افزایش می یابد. ولی اگر دریچه دیافراگم بیش از اندازه تنگ شود به علت برخی از خواص اپتیکی تصویر مات می شود.

توجه به ویژگی ها و خصوصیات کاربری می تواند باعث بهبود نتایج فیلم بردای شود. در جدول زیر نمونه هایی از تنظیمات مناسب برای زمان نوردهی، دریچه دیافراگم، سطح حساسیت نوری یا بهره، اولویت فیلم برداری و نتیجه فیلم برداری گردآوری شده اند.

تنظیمات مختلف مجموعه لنز- دوربین برای شرایط نوری مختلف و نتایج حاصل از این تنظیمات

شاخصه ها / شرایط نورینور خورشیدنور کم (تنظیمات ۱)نور کم (تنظیمات ۲)
مدت زمان نوردهیکوتاهطولانیکوتاه
میزان باز بودن دریچه دیافراگمکم( f-number بزرگ )کم( f-number بزرگ )زیاد ( f-number کوچک )
بهره یا حساسیت نوریکمکمکامل
اولویت فیلم برداریهمه مواردعمق میدان دید ( DOF )حرکت اجسام
نتیجه فیلم برداریDOF عالی، تصویر شفاف و جزئیات زیادDOF عالی، تصویر شفاف، مات شدگی اجسام متحرکDOF محدود، نویز، تصویر با جزئیات زیاد

*جزئیات صحنه ممکن است در صورت تنگ شدن بیش از حد دریچه دیافراگم، کاهش یابد.

با استفاده از توصیه های مفید زیر می توان در شرایط روشنایی مختلف تصاویر قابل قبولی را فیلم برداری کرد:

  • وری آنور خورشید: با توجه به شدت روشنایی بالای صحنه می توان با انتخاب دریچه دیافراگم تنگ و زمان نوردهی کوتاه تصاویری با کیفیت، روشن، عمق میدان دید عالی و بدون مات شدگی از اجسام متحرک تهیه کرد.
  • هواب هوای ابری:  اگر عمق میدان دید اولویت اول فیلم برداری باشد، باید هم زمان با افزایش زمان نوردهی، دریچه دیافراگم را تنگ کرد ولی این تنظیمات باعث افزایش مات شدگی اجسام متحرک می شود. برای داشتن تصویری شفاف باید زمان نوردهی کم شود ولی هم زمانی این کار و بازتر شدن دریچه دیافراگم باعث کاهش عمق میدان دید می شود.
  • بعد بعد ازظهر و شب: حساسیت نوری حسگر دوربین در زمان کاهش شدید روشنایی و برای داشتن تصاویر خوب در شب باید افزایش داده شود، ولی با انجام این کار سطح نویز تصویر افزایش می یابد. این نویزها ممکن است به شکل دانه های سفید در تصویر ظاهر شوند.