Даже мельчайшие детали будут в фокусе: как подобрать объектив для камеры

Чтобы получить качественное, резкое изображение, потребуется не только хорошая камера, но и подходящий объектив для нее. С самого начала очевидно: выбор предлагаемых объективов буквально бесконечен. Компактные цифровые камеры обычно оснащаются встроенным объективом. Для зеркальных камер предлагаются сменные объективы, с помощью которых можно получить наилучшие возможные снимки в самых различных ситуациях. Объективы не только различаются разрешающей способностью, углом поля зрения и размерами, но и конструкцией. В случае выбора объектива для камеры для системы машинного зрения также необходимо разобраться в этих характеристиках. В этой статье поясняется, как выбрать подходящий объектив под определенные условия съемки.

Какие типы объективов существуют?

Прежде чем мы расскажем, какие критерии следует учитывать при выборе объектива, сначала рассмотрим какие типы объективов существуют. В целом объективы подразделяются на энтоцентрические (стандартные) и телецентрические, а также широкоугольные и объективы «рыбий глаз». Кроме того, существуют специальные объективы для съемки в ближнем инфракрасном диапазоне.

В данной статье речь пойдет преимущественно о стандартных объективах, поскольку именно они чаще всего применяются в системах машинного зрения. Обычные энтоцентрические объективы характеризуются фиксированным апертурным углом – как на стороне линзы, так и на стороне сенсора. Апертурный угол аналогичен зрачку человеческого глаза. Удаленные объекты кажутся меньшими по размеру, тогда как приближенные – более крупными. Человеческий глаз – самый распространенный энтоцентрический объектив.

Какие факторы следует учитывать при выборе объектива?

Размер сенсора играет решающую роль в выборе подходящего объектива. Матричные и линейные камеры высокого разрешения оснащаются сенсорами более крупного размера, чем камеры меньшего разрешения. Размеры (форматы) сенсоров не регулируются ни одним стандартом и определяются разрешением и размером пикселей. Теоретически возможно изготовить сенсор любого размера – это только вопрос цены. Формат сенсора выражается в дюймах и соответствует диагонали сенсора, где 1 дюйм, однако, составляет 16 мм, а не 25,4 мм. Это обусловлено историческими причинами.

1.1 Крепление

Соединение между корпусом камеры и объектива называется креплением. Крепления соответствуют определенному стандарту и маркируются по типу резьбового соединения на стороне камеры.

Крепление стандарта C-Mount – наиболее распространенный тип крепления объективов, используемых в системах машинного зрения. Он совместим с сенсорами диагональю около 20 мм, что соответствует 1,5 дюймам. В случае более крупных сенсоров обычно используется крепление стандарта F-Mount (или байонет типа F), однако такое крепление редко используется в промышленных оптических системах, где чаще применяются объективы с креплением стандарта CS-Mount или S-Mount, которые совместимы с сенсорами малых форматов. Объективы с креплением S-Mount предназначены для работы с сенсорами формата 1/2″, 1/3″ и менее. Для установки объектива с креплением C-Mount на камеру с резьбой CS-Mount , необходимо переходное кольцо 5 мм. Обратите внимание, что наоборот сделать нельзя: объектив с креплением CS-Mount невозможно установить на камеру с резьбой стандарта C-Mount .

1.2 Диаметр поля изображения

Использование объектива с креплением, соответствующим формату сенсора, только условно влияет на поле изображения. Термин «поле изображения» означает площадь сенсора, на которую падает свет, проходящий через объектив, без затемнения краев изображения, или так называемого «виньетирования».

Аналогично формату сенсора, диаметр поля изображения выражается в дюймах. В идеале объектив 1/3″ с креплением C-Mount следует устанавливать на камеру с сенсором формата 1/3″. В этом случае достигается оптимальное использование поля изображения. Если тот же объектив установить на камеру с сенсором формата 1/2″, то возникнет виньетирование.

Если же взять объектив 2/3″ с таким же фокусным расстоянием и сенсор 1/3″, то проблема виньетирования не возникнет – изменится только угол поля зрения. В принципе, это даже будет преимуществом, так как при выборе объектива большего формата создается большее поле изображения, а это означает, что изображение останется четким по всей площади от центра до границ.

Однако в этом случае значительная часть поля изображения не используется, а это означает переплаченные за объектив деньги. В данном случае формат объектива не играет роли, поскольку размер изображения определяется форматом сенсора. Чем больше формат объектива, тем он дороже, поэтому при использовании сенсора малого формата рекомендуется выбирать подходящий под него объектив.