עדשות במצלמות אבטחה

עדשה – Lens

עדשה הינה רכיב אופטי שתפקידו לרכז קרני אור המגיעות מהשטח המצולם אל תוך המצלמה – כלומר, ליצור תמונה מוקטנת של השטח המצולם בתוך המצלמה ולהטיל את הדמות שנוצרה על חיישן התמונה. קיימות עדשות מרכזות ומפזרות אך בתחום ההקלטה הדיגיטאלית (וצילום באופן כללי) נעשה שימוש בעדשות מרכזות בלבד.

הטיית קרני האור נעשית בזכות תכונה של האור המשנה את מהירותו במעבר בין סוגי חומרים שונים (מים / אוויר / זכוכית ועוד) ומשנה את כיוון תנועתו בנקודת המעבר מחומר אחד לחומר שני (חוק Snell מתאר את הקשר בין זווית הכניסה, מקדם החומר וזווית היציאה של האור במעבר מחומר אחד למשנהו).

מוקד פוקאלי

הנקודה בה נוצרת הדמות אחרי העדשה תלויה במרחק האובייקט מהעדשה, סוג החומר ממנה היא עשויה וזווית הקימור של העדשה עצמה. נקודה זו נקראת “מוקד פוקאלי” שכן כל קרני האור, מנקודה ספציפית אחת באובייקט המצולם, מתלכדות לכדי נקודה אחת בדמות שנוצרה, ולכן היא מכונה גם נקודת הפוקוס (מיקוד בשונה מטשטוש).

באופן עקרוני, חיישן התמונה, צריך להיות ממוקם בדיוק בנקודה זו, על מנת לקבל תמונה ממוקדת (תמונה בפוקוס).

המרחק בין העדשה לבין המוקד הפוקאלי מכונה “אורך המוקד” והוא למעשה מגדיר את המקום בו העדשה ממקדת את התמונה לאובייקט מפוקס. אורך המוקד נמדד במילימטרים (mm) והוא אחד הנתונים הבסיסיים ביותר של העדשה.

ניתן לראות כיום בשוק גדלים מקובלים החל מ- 2.8mm, 3.6mm, 4mm, 6mm, 8mm, 10mm ו- 12mm. מאחר ואורך המוקד הוא נתון התלוי בקימור העדשה ניתן לומר כי הוא קבוע ולכן נכנה את העדשה “עדשה קבועה”. עם זאת, אובייקט רחוק יותר מהעדשה ייצור דמות רחוקה יותר מהעדשה בתוך המצלמה ואובייקט קרוב יותר ייצור דמות קרובה, וזאת למרות שהמרחק בין העדשה לבין החיישן קבוע – מה שיוצר בעייתיות בביצוע פוקוס.

לשם כך, קיימות עדשות בעלות אורכי מוקד משתנים, המאפשרות לבצע פוקוס גם במקרה של אובייקט רחוק וגם במקרה של אובייקט קרוב. שינוי אורכי המוקד מתבצעעל-ידי זוג עדשות או יותר במארז אחד (מכונה עוצמית) המשנות את המרחק בין שתיהן, בהתאם לאורך המוקד הרצוי. שינוי המרחק בין העדשות משפיע על אורך המוקד המשולב של שתיהן ובכך מאפשר לבצע פוקוס על אובייקטים רחוקים וקרובים כאחד.

אורך המוקד הנפוץ ביותר כיום בעדשות המשמשות למצלמות אבטחה הינו 2.8-12mm, אך ניתן למצוא גם 5-50mm ו- 8-32mm במצלמות עם עדשות מובנות או מגוון רחב מאד של עדשות במצלמות גוף (Box).

שימוש נוסף בעדשה בעלת אורכי מוקד משתנים הוא ביצוע זום – כלומר, “התקרבות” אל האובייקט המצולם על-ידי שינוי אורך המוקד של העדשה.

עדשות בעלות אורך מוקד משתנה נקראות עדשות משתנות, עדשות Multi-Focal או עדשות Vari-Focal (מלשון Variable – מרובה). עדשות אלו יכולות להיות ידניות – שינוי אורך המוקד על-ידי המתקין במועד ההתקנה, או חשמליות – שינוי אורך המוקד על-ידי הלקוח בזמן אמת, על מנת לספק את הקירוב המתאים לאובייקט המצולם.

דרך נוספת לסמן את אורכי המוקד של עדשה משתנה הוא לציין את היחס בין אורך המוקד הארוך ביותר לבין אורך המוקד הקצר ביותר – מה שמעיד על יכולות העדשה בכל הקשור לצילום אובייקטים רחוקים וקרובים על-ידי אותה עדשה. נתון זה מצוין כמכפלת הזום האופטי – לדוגמא: X20. במקרה זה, אפשר לומר כי היחס בין אורך המוקד הארוך ביותר לבין הקצר ביותר הוא 20 אך לא ניתן לקבוע בוודאות מהם אורכי המוקד מאחר והוא יכול להיות 4-80mm או לחילופין 5-100mm. לרוב, עדשות של מצלמות מתנייעות (PTZ) מתוארות בדרך זו, על מנת להתרשם מיכולות המיקוד של העדשה.

השפעות אורך המוקד על התמונה המצולמת

אורך המוקד של העדשה משפיע על שני פרמטרים מרכזיים בתמונה המצולמת:

1-רוחב התמונה המתקבלת

2-מרחק האובייקט המצולם

ככלל ניתן לומר כי:

1. ככל שאורך המוקד ארוך יותר, ניתן לצלם אובייקטים רחוקים יותר וככול שאורך המוקד קצר יותר ניתן לצלם אובייקטים קרובים יותר.
2. ככל שאורך המוקד ארוך יותר, התמונה שתתקבל תהיה צרה יותר וככול שאורך המוקד קצר יותר התמונה שתתקבל תהיה רחבה יותר.

מכך נובע, כי כאשר אנו מעוניינים לצלם אובייקט רחוק ולקבל עליו מידע מפורט ככל הניתן, נשתמש בעדשה בעלת אורך מוקד ארוך. ה"מחיר" שנשלם עבור הפרטים בתמונה יהיה הפסד המידע בשטח שסביב לאובייקט המצולם – אותו לא נראה בצילום וכמובן שלא בהקלטה.

לדוגמא, אם ברצוננו לצלם תנועה כללית בחנות, נזדקק לעדשה בעל אורך מוקד קצר, שתאפשר לקבל תמונה רחבה (ולכן עדשות אלו נקראות גם עדשות רחבות). עם זאת, לא נוכל לקבל פרטים מדויקים על האובייקטים המצולמים מאחר וכמות הפיקסלים על החיישן מתחלקת על שטח גדול באופן יחסי. מיקוד אורך המוקד לאזור ספציפי ושימוש באורך מוקד ארוך יאפשר לצמצם משמעותית את שטח הצילום – קבלת אותה כמות של פיקסלים לשטח קטן הרבה יותר, ובכך לקבל מידע מפורט מאד על האובייקט המצולם. מנגד, כל האזורים שאינם נראים במצלמה אינם מצולמים או מוקלטים. ייתכן שבמקרה כמתואר בדוגמא זו נזדקק לשתי מצלמות – האחת לצילום כללי עם עדשה רחבה והשנייה למיקוד באובייקטים מבוקשים עם אורך מוקד ארוך יותר.

נוסחת חישוב העדשה מאפשרת לחשב את אורך המוקד הנדרש של העדשה כאשר נתון המרחק בו מותקנת המצלמה ביחס לאובייקט המצולם ורוחב

המקדם 4.8 מתאים לחיישן בגודל 1/3" ויש לשנות אותו בהתאם. להלן טבלת המקדמים לפי גודל חיישן:

קיימות אפליקציות רבות לחישוב עדשה בהתאם לנתוני המרחק ורוחב התמונה המבוקשת (אפליקציות שמבצעות את החישוב המוצג בנוסחה לעיל). עם זאת, לרוב, אין צורך לבצע חישוב לעדשה למעט מקרים בהם טווח ורוחב הצילום הנם מאד ייחודיים. בד"כ בצילומי אווירה נשתמש במצלמות בעלות עדשה רחבה – 2.8mm או 3.6mm.

כמו תמיד – מוזמנים להתייעץ עם המומחים שלנו בכל שלב בתהליך התכנון כדי לקבל את התוצאות הטובות ביותר עבורכם!