 Ошибка на 30% простительна экспериментатору. Ошибка на 3 порядка свидетельствует о непонимании законов физики.
(© мой учитель физики)
Чтобы прикинуть влияние некоторых факторов на результат, не нужны могучие компьютеры и даже логарифмические линейки. Многие эффекты достаточно оценить с точностью до порядка. Вот пример.
В наше время, когда фотоаппарат (а, скорее всего, несколько) есть у каждого, казалось бы, уж кто-кто, а профессиональные проектировщики систем видеонаблюдения хорошо понимают, что такое диафрагма и как она связана с глубиной резкости. Ночью разбуди – скажут: чем меньше диафрагма, тем изображение четче. Однако есть некоторые неочевидные моменты, не проявляющиеся в фотографии и потому мало известные тем, кто не привык в уме складывать два и два.
Самая большая проблема – диапазон экспозиции. Рекламщики любят напирать на сверхчувствительность в темноте. Ерунда, это почти не важно. В полной темноте все равно никакая камера не видит, а чуть раздвинуть в темноту – не столь уж важно, проще поставить пару прожекторов (да, конечно, чем чувствительнее камера, тем слабее нужен прожектор, но мы что, пару киловатт-часов экономить собираемся?). А вот днем на ярком солнце, если камера «заплывает», – это уже позор, причем никакие прожектора не помогут (хотя и не помешают – переплюнуть летнее солнце никакой прожектор не сможет).
У фотоаппаратов помимо диафрагмы и выдержки есть дополнительно настройка «чувствительность». Кроме того, диапазон выдержки у фотоаппаратов, как правило, значительно шире. Наконец, в зеркальных фотоаппаратах есть затвор, позволяющий реализовать очень короткие выдержки без нежелательных побочных эффектов (видеокамеры имеют только электронный затвор, который не 100% отключает накопление сигнала, кроме того, вообще довольно нелинейный – в зависимости от яркости элемента изображения может несколько меняться время накопления сигнала в этой ячейке).
К чему я это все веду? Основной способ отработать диапазон от 0,1 люкса ночью до 1 000 000 люксов днем – это диафрагма. Семь порядков в освещенности. Из них, по крайней мере, шесть порядков должна отработать диафрагма. Это значит – считаем в уме корень второй степени – три порядка изменения диафрагмы. Минимальная диафрагма летом в полдень должна быть f/1000. Вы много видели таких объективов?
Хорошо, пусть объектив до f/400, а остальное – авось отработает авторегулировка выдержки. Что из этого следует? При типичном фокусном расстоянии в несколько миллиметров это означает диаметр отверстия диафрагмы около 10 микрон. Это всего 10 длин волн света. Кто первый догадался? Правильно, дифракция на отверстии в 10 длин волн свет рассеивается на 1/10 радиана. Угол зрения камеры примерно 1 радиан, рассеяние 1/10 – т. е. разрешение ограничивается 10 (прописью – ДЕСЯТЬ) точками вдоль строки.
Вот оно – о чем не говорят фотографы. Их объективы с фокусным расстоянием 100 мм и минимальным отверстием f/32 имеют отверстие 3 мм. Это 1000 длин волн, соответственно, в худшем случае 1000 точек по строке, 1000 строк – итого эффективный мегапиксель в самом худшем случае. Это почти незаметно, тем более что есть технические приемы, позволяющие в несколько раз улучшить ситуацию.
Точнее, фотографы об этом не говорят, потому что производители фотообъективов, чтобы не испортить результат работы великолепных 10-мегапиксельных фотоаппаратов, ограничили диапазон регулировки диафрагмы. А производители объективов для камер видеонаблюдения рассчитывают, что пользователи систем видеонаблюдения не избалованы высоким качеством и спишут на грязное стекло кожуха нечеткую картинку ярким днем.
На самом деле все не так уж страшно, у помянутого объектива 4 мм f/400 минимальное отверстие не 10 микрон, а примерно раз в 10 больше. В более-менее приличных объективах в центре линзы есть темное пятно, где-то на порядок ослабляющее свет, поэтому, чтобы на 5 порядков уменьшить количество проходящего через объектив света, достаточно на 4 порядка уменьшить площадь отверстия в диафрагме (т. е. на 2 порядка уменьшить диаметр). А еще один порядок получим за счет того, что маленькое темное пятно, несущественное при большой диафрагме, при маленькой диафрагме перегородит все отверстие и ослабит свет на этот дополнительный порядок. Что это нам дает? Диаметр отверстия в 3 раза больше, чем мы рассчитали ранее. Значит, рассеяние составит не 1/10 радиана, а «всего лишь» 1/30. И на всем кадре мы сможем рассмотреть не 100 точек (10 х 10) а целую 1000 (30 х 30). Правда, здорово? 1000 точек на мегапиксельной камере.
«Все пропало!» – воскликнет обескураженный читатель. Клиент будет недоволен и не заплатит много денег.
Увы, такой читатель будет прав. Есть только один способ вытащить мегапиксели. Применить камеру с матрицей хотя бы размером 17 мм, как на любительских зеркалках (а не ¼ дюйма, как принято в последнее время для видеонаблюдения). Использовать объектив с фокусным расстоянием хотя бы 50 мм (да, угол зрения будет не 180 градусов, а всего лишь ⅓ радиана, т. е. 20 градусов). И купить этот объектив не за 100 руб., а -помните, сколько стоят L-объективы CANON? – в общем, купить у солидного производителя, он еще двоечку-троечку вытащит на особой форме серого пятна, которое будет не на одной линзе, а на нескольких (а то на этом пятне тоже будет дифракция), плюс лепестки диафрагмы будут не прямые а очень-очень хитрой формы. Мегапикселя все равно не будет, но, по крайней мере, получится не 30 точек по строке, так что глазом на экране клиент, может, ничего и не заметит. Наконец, можно поставить две видеокамеры – одну с серым фильтром с ослаблением света эдак раз во 100, она будет работать днем, а вторую – с особо светлым асферическим объективом, она будет работать ночью.
А что вы хотели – видеокамера совершенствовалась не 100 миллионов лет, в ней колбочки и палочки не всплывают из глубины сетчатки, чтобы обеспечить адаптацию к перепадам освещенности в 10 порядков.
|
