Камера видеонаблюдения и объектив — на пути к идеальной паре

Эксперты по видеонаблюдению утверждают, что объектив функционально неотделим от камеры. Оба устройства дополняют друг друга и в огромной степени взаимозависимы. Добавляет ли это головной боли интеграторам?

Подбор объектива для камеры — процедура вполне обыденная для любого интегратора, занимающегося видеонаблюдением на сколь-нибудь продолжительном отрезке времени. Однако то, как она выполняется, успело претерпеть немало изменений. Что-то стало делать намного проще, что-то — сложнее.

«Относительно невысокие разрешения аналоговых и VGA-камер снижают требования к выбору объектива, — говорит Фрэнк ДеФина, старший вице-президент по продажам и маркетингу компании Samsung Techwin America — Однако использование объектива невысокого качества с мегапиксельной или HD-камерой может существенно понизить качество изображения камеры (а следовательно, и всей системы в целом).»

По самой своей природе камеры высокого разрешения требуют более высокого уровня точности и качества сборки, поскольку они изначально предназначены для выполнения более «тонкой работы», заключающейся в обеспечении максимально высокой детализации изображения, — говорит Брэд Уитте, исполнительный вице-президент компании-интегратора Will Electronics из города Сент-Луис. Однако при насыщении рынка камерами HD- и мегапиксельного разрешения объективы начали заметно «отставать».

«Все в курсе того, что камеры имеют определённое разрешение, однако многие не понимают того, что у объективов также еть свои показатели разрешения, — говорит Брайен Кэрас, директор по инженерной части компании VideoIQ из Бедфорда, шт.Массачусетс. «В индустрии охранных камер успело укорениться так называемое стандартное разрешение. На определённом отрезке времени наблюдался технический застой, который сказался и на развитии оптики. Как только мы стали иметь дело с камерами высокого разрешения, стало понятно, что возможности сенсоров стали превышать возможности объективов. Нам пришлось повысить требования к точности изготовления оптики, чтобы качество двухмегапиксельной картинки не скатывалось к привычному 0,3-мегапиксельному.»

Производители объективов «опоздали на вечеринку» и в настоящее времы стремятся нагнать остальных её участников, — отмечает Алессандро Гаспарини, коммерческий директор монреальской компании ImmerVision: «Вначале у нас были камеры стандартного разрешения и подходящие к ним объективы, выпускавшиеся в течение нескольких десятилетий кряду. А в течение последних пяти лет IP- и HD-камеры переживают бурный рост. Проблема состояла в том, что для них не оказалось объективов. Объектив для камеры — это примерно как шины для автомобиля. Представьте себе крутую гоночную машину NASCAR, обутую в резину от простенькой «короллы». Так что сегодня проблема соответствия оптики возможностям камеры снова стала острой.»

Чак Уэстфол, советник по технической информации в подразделении инженерных решений для бизнес-клиентов компании Canon U.S.A., согласен с этим мнением: «Что реально изменилось с приходом IP — так это разрешение камер, которое начало расти. Во времена «аналога» мы были ограничены телевизионными стандартами, поэтому требования к совершенствованию оптики оказались пониженными. Теперь, с переходом на «цифру», ограничение на рост разрешения устранено, и требования к качеству объективов стали неуклонно возрастать.»

Короче говоря, сегодня объективы приобретают едва ли не первостепенное значение.

Четыре ключевых фактора при выборе объектива — его оптическое разрешение,
типоразмер матрицы, фокусное расстояние и относительное отверстие.

Есть ли выбор, и нужен ли он?

Сегодня перестают быть редкостью десятимегапиксельные камеры и приборы с ещё более высоким разрешением. Однако ограничения, связанные с пропускной способностью сетей передачи данных в системах безопасности, сдерживают распространение высокомегапиксельных объективов, и стандартными для систем видеонаблюдения становятся камеры разрешением в 1-3 мегапиксела.

«Разрыв сокращается, но пока ещё существует, — считает представитель производителя оптики Дэниел Дэйвис, менеджер по развитию ОЕМ-поставок и освоению новых видов бизнеса в компании Tamron USA. — Высокопрофильных сенсоров разрешением в десять мегапикселов и выше на рынке уже достаточно, а вот объективов, способных выдержать технические требования к сопряжению с такими камерами, буквально наперечёт.» Он акцентирует: «К концу 2012 — началу 2013 года 1-3-мегапиксельные камеры стали основной массой производимых для индустрии безопасности устройств. И для этого диапазона разрешений оптики уже, пожалуй, достаточно, включая варианты с различными фокусными расстояниями — от широкоугольных до телеобъективов.»

То, что индустрия выбрала в качестве «мэйнстрима» именно диапазон разрешений 1-3 мегапиксела, не случайно, — так считает Фрэнк Эбрам, директор по продажам и маркетингу корпорации Pentax Ricoh Imaging Americas (Денвер, шт.Колорадо): «Причина в том, что на передачу видеоизображений сверхвысокого разрешения есть определённые ограничения, связанные с пропускной способностью сетей. Сказывается это и на объёмах накопителей для хранения видеоданных.»

«Собственно говоря, картинки такого высокого разрешения ещё и не на чем просмотреть, — замечает Марк Колит, генеральный директор подразделения систем безопасности корпорации Sony Electronics Systems. — Некоторые производители говорят о своих замечательных 8-мегапиксельных камерах, и на 99% не попадают в реальность. Обработка изображений в камере не сможет компенсировать искажений, вносимых низкокачественным объективом, тем более что ни одно устройство видеовывода не может в настоящий момент отобразить картинку разрешением выше двух мегапикселов.»

Джефри Стаут, директор по продажам национальным интеграторам компании-дистрибьютора Tri-Ed/ Northern Video Distribution из Вудбери, шт.Нью-Йорк, согласен с этим мнением: «Думаю, что мы имеем дело с рыночной гонкой производителей камер: кто соорудит устройство с бо?льшим количеством мегапикселов, тот вроде бы и в выигрыше. Однако индустрия сделала свой выбор, застряв в диапазоне 1-3 мегапиксела. Вот в этот сегмент и нацелились производители объективов, чтобы обеспечить достаточный выбор вариантов оптики. Думаю, что большинство коллег разделяют мнение о том, что такая активность «оптиков» скорее вынужденная: индустрия потребовала от них адекватных решений, которые сейчас и хлынули на рынок.»

В этом диапазоне дефицит объективов, пожалуй, уже отошёл в прошлое, и подавляющее большинство интеграторов и производителей могут без особенных усилий получить то, что им необходимо; правда, не всегда это оказывается тем, что желательно.

«Достаточно ли на рынке предложений варифокальных объективов для мегапиксельных камер? Скорее, нет, — говорит Эбрам. — Неважно, сколько видов объективов содержится в предложении производителя, поскольку на рынке всегда найдётся тот, кому требуется нечто особенное. Предложение всегда ориентировано на спрос. И такого обилия выбора, как это наблюдается в области аналогового видео, здесь пока ещё нет.»

Оптическое разрешение объектива в большой степени определяет качество картинки,
однако общие характеристики системы определяются совокупностью показателей ее элементов.
На фото приведён пример того, как используется динамическая коррекция разрешения при пересвете заднего фона.

Как сегодня продают объективы

То, каким образом осуществляются продажи объективов в сегменте оптики для мегапиксельных камер, также отличается от канонов аналогового мира. На протяжении длительного периода времени интеграторы привыкли выбирать объективы для камер в обычных коробчатых корпусах. Потом на рынке появились купольные и bullet-камеры с предустановленными объективами, и интеграторы несколько отвыкли от процедур подбора объективов. С камерами повышенного разрешения этот фокус не проходит.

«Выбор объектива для мегапиксельной камеры — процедура критической важности, поскольку при высоких разрешениях свойства оптики могут оказаться ограничивающим качество изображения фактором, — говорит ДеФина. — Интеграторы не должны совершать ошибку, заключающуюся в оборудовании высококачественной мегапиксельной камеры каким попало объективом, способным свести на нет все преимущества матрицы и электронной части.»

Во многих случаях выбирать им всё же не приходится. Такие производители, как Pentax, Samsung, Sony, Canon и другие крупные компании, поставляют свою продукцию уже в сборе с оптикой, упрощая работу интеграторам.

Как и их аналоговые собратья, купольные и bullet-камеры мегапиксельного разрешения также поставляются в сборе, и производители обеспечивают по три-четыре градации фокусного расстояния либо угла поля зрения, чтобы интегратору было из чего выбрать. Коробчатые камеры могут также следовать этому принципу либо поставляться без оптики.

«Наши коробчатые камеры фигурируют в прайс-листах как не имеющие объективов, однако мы можем их поставлять с фирменной оптикой, специально подобранной для работы с данными камерами либо спроектированной таким образом, чтобы дополнять сумму возможностей, предоставляемых камерой», — приводит пример ДеФина.

«Сегодня большинство камер среднего ценового диапазона поставляется уже в сборе с объективами, — говорит Гаспарини. — Мини-купольники практически все продаются вместе с объективами, а коробчатые камеры некоторых вендоров в состоянии поставки имеют установленный штатный объектив, который интегратор имеет право демонтировать и заменить на тот, который считает более подходящим к условиям работы конкретной камерной единицы.»

Включение камер в комплект поставки может стать весьма популярной опцией, поскольку, как правило, это решение более привлекательно по цене и несколько упрощает жизнь интегратору.

«Похоже, что поставки камер в комплекте с объективами являются более очевидным выбором, — считает Кэрас. — Обычно разница в комплектах заключается лишь в величине фокусного расстояния, и интегратору следует просто хотя бы приблизительно понимать, какой угол поля зрения требуется от заказываемой камеры. Все прочие критерии выбора уже, как правило, учтены и предложены в модельном ряду производителя.»

Именно таким образом привык действовать Лен Сегарра, системный консультант компании-интегратора TEM Systems Inc., из Форт-Лодердэйла, шт.Флорида. «Обычно мы приобретаем у производи­теля комплект камера + объектив, пос­кольку оптика заведомо хорошо будет работать именно с этой камерой. В прежние времена мы должны были чётко представлять себе, какую именно оптику мы желаем иметь на конкретной камере, однако постепенно все перешли на одни и те же комбо-объективы с диапазоном фокусных расстояний от 2 до 12 миллиметров, — описывает Сегарра. — Сегодня времена подбора объективов, по всей видимости, вернулись: мегапиксельные камеры формируют гораздо бо?льшие массивы информации. Сегодня уже не отделаешься универсальным объективом на все случаи жизни. Мы пробуем держаться принципа одного производителя, потому что это гарантирует нам определённый уровень качества картинки. Просто если приобрести камеру у компании Х, вовсе не факт, что к ней хорошо подойдёт объектив компании Y.»

Рик Циммерман, директор подразделения систем физической безопасности корпорации Netech, крупного системного интегратора со штаб-квартирой в Грэнд-Рэпидс, шт.Мичиган, оперирует понятием ответственности за подбор объектива: «Если не брать на себя выбор объектива, всё становится намного проще. Честно сказать, с деловой точки зрения я должен принять на веру то, что производитель камер несёт ответственность за то, что его партнер-поставщик оптики сделал всё как надо. Если я выбрал камеру и поставил на неё какой-то другой объектив, отвечать за результат приходится уже мне. Но если я поступил так по рекомендации производителя, то всегда могу в случае возникновения неполадок или недовольства заказчика качеством картинки обратиться к нему и заявить, что проблема «у нас», а не «у меня».

В области IP-камер приходится оперировать такими объёмами знаний, что зачастую наиболее безопасной моделью поведения является следование рекомендациям производителя или дистрибьютора, — считает Стаут: «В IP-системах огромное количество потенциальных точек отказа. А первое, что необходимо делать заведомо правильно — это выбор объектива. Этим вы определяете, как чётко камера будет видеть то, что хочет видеть заказчик.»

Ключевой момент в выборе объектива — обеспечение его соответствия типоразмеру матрицы

Так как же, наконец, выбрать объектив?

Несмотря на то, что многие производители предоставляют к своим камерам специально изготовленные для них объективы, все ещё существет множество ситуаций, когда от интегратора требуется рассчитать, подобрать и установить на HD- или мегапиксельную IP-камеру «нештатный» объектив — будь то коробчатая камера, поставляемая без оптики, или приложение, требующее специального подбора фокусного расстояния либо приспособления оптики к особенностям условий освещения объекта. И здесь могут возникнуть определённого рода сложности.

«Выбор высококачественной оптики затруднён и подбором модели, и выбором поставщика, — считает Уитте. — Если кто-то заявляет, что объектив предназначен для 3- либо 5-мегапиксельных камер, это вовсе не означает, что у этого изделия достаточно высокое качество. Не все объективы созданы одинаково хорошими. Лично мне попадалась масса оптики, которая маркировалась как предназначенная для определённых показателей мегапиксельного разрешения, однако по углам изображение никак не выдерживало заявленных параметров.»

Одна из причин этого, как утверждает Дэйвис, состоит в том, то разрешение и вообще оптические параметры объективов измеряются в разных единицах и разными производителями трактуются по-разному: «Это основательно запутывает многих интеграторов. Получается, что объективы невозможно сравнивать друг с другом заочно, по таблицам технических характеристик. Некоторые производители указывают оптическое разрешение по центру изображения, другие (например, наша компания) в качестве минимального значения указывают разрешение по углам, предполагая, что по центру это значение в любом случае выше.»

Интеграторам следует обращать особое внимание на оптические искажения на периферии изображения, — предостерегает ДеФина. — Мегапиксельные камеры обладают способностью масштабировать любой участок изображения, в том числе и его края, где проблемы с оптикой выражены наиболее остро.»

Но даже если вам предоставляют показатели разрешения по углам картинки, как считает Дэйвис, это вовсе не гарантирует, что вы избежите путаницы. Дело в том, что производители не указывают, при каком фокусном расстоянии получены эти параметры.

Лучшее, что здесь может сделать интегратор — проверить, проверить и ещё раз проверить.

«Мы всегда запрашиваем де­монстрационный образец, устанавливаем его на стенде в условиях, близких к ожидаемым условиям эксплуатации, и приступаем к тестовым съёмкам, — говорит Уитте. — В спецификациях можно написать всё, что душе угодно. Кроме этого, результаты теста установочных образцов после запуска объективов в серию могут оказаться неактуальными. К тому же то, что у производителя накоплен многолетний опыт создания объективов для аналоговых камер, вовсе не означает, что его оптика будет хорошо сочетаться с камерами высокой чёткости.»

«Выбирайте объектив по характеристикам, но обязательно проверяйте в реальной практике. От этого выиграют все участники процесса. Это снизит количество звонков в техподдержку вендора, сократит время установки системы и, главное, предоставит вашему заказчику более качественный продукт. Я вовсе не любитель переделывать проекты по причине недовольства заказчика. Поставить дрянной объектив на хорошую камеру — дело нехитрое. Но помните, что в результате и сама камера становится дрянной», — рекомендует Уитте.

Оптическое разрешение, несомненно, является ключевым параметром, но есть и другие важные характеристики, на которые при оценке оптики следует также обратить пристальное внимание.

«Первое, что следует проверять — действительно ли возможности объектива соответствуют возможностям камеры, — говорит Эбрам. — Если камера трёхмегапиксельная, с ней следует использовать и объектив, рассчитанный на три мегапиксела.»

Вполне естественно, что с камерой может отлично сработать объектив, рассчитанный на более высокое разрешение, однако обратная ситуация может обернуться катастрофой. «Попробуйте установить одномегапиксельный объектив на пятимегапиксельную камеру. Получится, что вы деградировали всю систему до разрешения в один мегапиксел, и деньги были потрачены впустую», — объясняет Уитте.

Согласно мнению Кэраса из компании VideoIQ, ключевых критериев подбора объектива к камере может быть четыре или пять: «Первый — оптическое разрешение самого объектива, которое должно соответствовать либо превосходить показатели камеры. Затем вы должны убедиться в том, что физические размеры объектива соответствуют типоразмеру матрицы, как правило, находящемуся в пределах 1/3-1/2 дюйма. Выбрать объектив большего размера здесь также не проблема, однако в этом случае получается, что вы несколько переплачиваете за оптику. Вообще, лучше всего провести небольшой расчёт и понять, какую площадь должна захватывать в кадр камера на месте её установки. Затем необходимо подобрать относительное отверстие объектива, или F-число. Чем ниже значение F-числа, тем большее количество света будет попадать на матрицу. Однако здесь можно промахнуться: при меньших значениях F-чисел меньше глубина резкости изображения. Подытожим: главными критериями являются оптическое разрешение, размер матрицы, фокусное расстояние и относительное отверстие. Пятый критерий вступает в силу, если речь идёт об инсталляции камеры вне помещения; в большинстве камер конструктивно предусмотрено переключение между ночным и дневным режимами работы, когда ночью камера формирует монохромную картинку с участием инфракрасной составляющей спектра. Объективы для работы в обоих режимах съёмки должны иметь специальное покрытие, корректирующее разницу в фокусном расстоянии при переключении между дневным и ночным режимами съёмки.»

Рынок объективов продвигается в развитии

«Через пять лет заказчики будут покупать больше мегапиксельных камер, чем аналоговых, и к тому моменту появится большой выбор качественной оптики, — убеждён Гаспарини. — Увеличение показателей продаж мультимегапиксельных камер приведёт к существенному снижению цен за счёт массового производства, и цены на пятимегапиксельные камеры упадут вдвое против сегодняшних.»

Для интеграторов, уже успевших вторгнуться в мегапиксельное пространство рынка, выбор объективов может представлять определённую сложность. Однако и производителям, и интеграторам сегодня уже совершенно ясно, что именно эта процедура определяет общее качество изображения в IP-системах видеонаблюдения.

«Функционально отделять объектив от камеры недопустимо — они дополняют друг друга и зависят друг от друга», — настаивает ДеФина.

«Честно сказать, в последнее время фокус внимания специалистов был смещён в сторону камер, однако в конце концов они всего лишь периферийные устройства, — говорит Циммерман. — Иногда наблюдаются бурные обсуждения сетевых возможностей и резервирования потоков, в результате которых специалисты упускают из внимания главное — качество изображения. С другой стороны, камера может захватывать идеальную картинку, но вся её прелесть не доходит до операторских экранов, спотыкаясь о несовершенства сетевого окружения. Если мне приходится принимать решения о выборе, я исповедую простую истину: в качественном продукте всё должно быть одинаково прекрасным.»

По материалам журнала Security Distribution and Marketing