Tecnologie

Obiettivi e sensori

Elementi di base del sistema ottico: una lente (che si può considereare anche come l'equivalente di un obiettivo composto di più lenti) di centro O e distanza focale OF

Fuoco (F): i raggi luminosi provenienti da grande distanza (per le comuni lenti questo significa qualche metro) vengono fatti convergere dalla lente/obiettivo nel punto chiamato fuoco. E' il punto di massima nitidezza dell'immagine formata dalla lente, e perciò il sensore viene collocato a distanza dalla lente lungo l'asse focale in modo che il fuoco cada sulla superficie dello stesso.

Distanza focale (OF): distanza tra il centro della lente O ed il fuoco della lente F. E' la distanza dalla lente in cui viene posto il sensore.

Campo visivo

Se un'area (od un oggetto) si estende in una certa dimensione hk a distanza DO dalla lente, viene proietta sul sensore un'immagine di dimensione AB.Questa dimensione AB dipende oltre che da HK dalla distanza DO e dalla distanza focale OF.

L'immagine è ottimizzata quando questa dimensione AB è uguale alla dimensione del sensore. Se è maggiore di questa dimensione, parte dell'area non è catturata dal sensore, se è minore della dimensione del sensore non si sfrutta appieno la risoluzione possibile col sensore ma si ottiene un'immagine con risoluzione minore di quella massima possibile.

Quando si sceglie una telecamera si deve quindi tenere conto dall'ampiezza dell'area che deve coprire (HK) e della distanza massima tra la telecamera e gli oggetti che si vuole sorvegliare od identificare. In base a questi dati una telecamere con distanza focale dell'obiettivo e dimensione del sensore opportuni  produrranno delle immagini soddisfacenti.

L'Axis mette a disposizione per le proprie telecamere una pagina (vedere qui) che elabora automaticamente tutte queste informazioni per guidare l'utilizzatore nella scelta delle componenti più adatte.

Una stima approssimativa per i parametri ottimali può essere comunque ottenuta usando le seguenti formule:

- Per un'area od oggetto di dimensione W, posto a distanza DO, e con un sensore di dimensione AB, la distanza focale ottimale da impostare è

OF= AB x DO/W

- Per un'area od oggetto di dimensione W, una telecamera con distanza focale fissa FO ed un sensore di dimensione AB, la distanza della lente, cioè della telecamera, dall'area ripresa deve essere:

DO= OF x W/AB

Il rapporto W/DO = alfa è detto angolo di campo, e rappresenta l'angolo sotto cui la telecamera vede l'area da riprendere: alfa più grandi significano campi visivi più ampi. Invertendo la formula:

      alfa=AB/FO

si vede che all'aumentare di OF l'angolo diminuisce, e viceversa al diminuire di FO l'angolo aumenta. Piccole distanze focali permettono di avere un angolo visivo ampio,  si parla allora d'obiettivo grandangolare, mentre al crescere di alfa il campo si restringe, si parla per piccoli alfa (grande distanze focali) di tele-obiettivo.

Un oggetto di dimensione W, se posto a grandi distanze dalla camera, va inquadrato sotto una angolo alfa=W/DO basso, cioè con un tele-obiettivo, da cui deriva il nome.

Invece lo stesso oggetto, posto in vicinanza della camera, va inquadrato sotto un angolo alfa=W/DO alto, cioè con una bassa distanza focale: il grandangolo fornisce più dettagli, ma c'è il problema della distorsione dell'immagine verso i  bordi, un effetto chiamato "fish-eye".

Formato dei sensori

I sensori per le telecamere hanno forma rettangolare e vengono classificati in base alla misura della diagonale (in pollici), moltiplicata per un fattore approssimativamente di 1.5.

Quindi un sensore classificato come 1/3", cioè un terzo di pollice, che corrisponde a 25.4 mm /3, non ha una dimensione di 8.5 mm bensì di 6mm, come mostra questo tipico formato standard:

La diagonale è in effetti la massima ampiezza sfruttabile nel sensore.

Quando si cambia un obiettivo, a parità di sensore, si può adottare un obiettivo adatto a un sensore immagini di dimensioni inferiori rispetto a quello installato nella telecamera, coll'effetto di provocare l’annerimento degli angoli delle immagini, perchè l'immagine fornita dall'obiettivo non è sufficiente ad illuminare tutto il sensore.

Se invece si cambia con un obiettivo adatto a un sensore immagini di dimensioni maggiori rispetto a quello installato nella telecamera, parte dell'immagine fornita dall'obiettivo viene persa, come si si visualizzasse un campo visivo più ristretto. L'immagine allora sembra ingrandita come per l'effetto di un tele-obiettivo.

Come risulta chiaro dalla relazione alfa=AB/FO, a pari distanza focale (FO), sensori più grandi (AB) permettono di catturare campi visivi più grandi.

Tipi di obiettivi

Gli obiettivi possono essere classificati come :

• A focale fissa: nei quali la lunghezza focale (in seguito definita) è fissa; gli obiettivi con focale fissa sono utilizzabili nelle video riprese con un unico piano di riferimento dove la luminosità della scena è pressoché costante;

• A focale variabile: nei quali è possibile variare la lunghezza focale (in seguito definita) in modo manuale durante l’installazione o la messa a punto;

• A zoom: obiettivi progettati per avere la possibilità di cambiare le caratteristiche fisiche della lunghezza focale dell’ottica, dando all’operatore la possibilità di cambiare l’ingrandimento; sono definiti dal loro fattore di ingrandimento (x6, x10…). Sono disponibili nella versione manuale o motorizzata.

Il fattore di ingrandimento (X) è definito come il rapporto tra la più lunga e la più corta distanza focale. E un rapporto relativo, quindi lo stesso fattore d'ingrandimento per camere con una diversa distanza focale si traduce in un potere d'ingrandimento assoluto diverso.