Библия видеонаблюдения. Часть 3.8. Нейтральные светофильтры.

Когда мы говорили о диафрагме (помните же, да, что это такое?), то приводили ряд стандартных значений: 1,4 - 2 - 2,8 - 4 - 5 - 6 - 8 и т.д., чем выше цифра, тем меньше отверстие. Для фото- и киносъемки диафрагма 32 - это слишком много. Хотя фотоэмульсия и весьма чувствительна, даже в самые солнечные дни такой установки диафрагмы при соответствующей выдержке вполне достаточно, чтобы компенсировать избыток света, стремящийся попасть в объектив. Чувствительность плёнки измеряется в единицах ISO, и наиболее распространённым видом фото материалов, используемых в наши дни, является плёнка чувствительностью в 100 единиц ISO. С видеонаблюдением всё немного по-другому.

ПЗС-и КМОП-сенсоры имеют намного большую чувствительность, чем Фотоплёнка 100 ISO, в особенности сенсоры с крупноразмерными пикселами (чем больше площадь пиксела, тем больше на него попадает фотонов, вследствие чего сенсор может лучше работать при малой освещённости). В переводе на обычный, человеческий язык это означает, что современные сенсоры достаточно чувствительны и слабая освещённость особенной проблемой не является (хотя клиенты вас наверняка спрашивают насчёт чувствительности предлагаемых камер); проблемой же, наоборот, является слишком высокая освещённость. Учитывая, что при просмотре живых изображений выдержка в камерах обычно устанавливается эквивалентной количеству полей в видеосигнале (в системе PAL это 1/50 с), это означает, что единственным средством отрегулировать количество света является диафрагма. Для формирования полноценного видеосигнала достаточно освещённости поверхности чипа 0,1 лк. Съёмка в яркий сол нечный день на морском берегу или снежном поле означает освещённость объекта более чем в 100000 лк. Чтобы довести уровень освещённости до удобоваримого 0,1 лк, необходимо использовать сверхвысокие значения числа диафрагмы вплоть до 1200. Используя определение числа диафрагмы, для объектива "16 mm/1.4" такое значение соответствует эффективному раскрытию диафрагмы в 16/1200 = 0,013 мм. С точки зрения механики, такое отверстие весьма сложно проделать с требуемой точностью, и, кроме этого, столь малая величина диаметра при водит к новым проблемам, в частности, к дифракции Френеля (дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана), непосредственно влияющей на качество изображения.

Выход из ситуации был найден путём установки в оптическом тракте объектива нейтральных светофильтров (ND). Они представляют собой тонкие плёнки с покрытием нейтрального цвета, располагаемые по центру объектива вблизи плоскости диафрагмы. Степень прозрачности фильтра падает по мере приближения к оптической оси. Нужный показатель достигается комбинацией ирисовой диафрагмы с оптическим ослаблением при помощи фильтра. Этот способ борьбы с избытком света весьма прост и эффективен. А нейтральными эти фильтры называют потому, что они равномерно ослабляют свет всех длин волн, не нарушая тем самым цветовой баланс изображения. F-число повышается при помощи комбинации механических и оптических средств.

Оптическая точность таких фильтров весьма высока и позволяет сохранить функцию передачи модуляции по мере увеличения показателя диафрагмы. Теоретически, разрешающая способность любого объектива максимальна при средних значениях диафрагмы и падает при более высоких и низких значениях показателя диафрагмы (совсем не так, как происходит с глубиной резкости); однако ND-фильтры способны снизить её в ещё большей степени. Проявится это или нет зависит от качества изготовления самого объектива. Помимо встроенных нейтральных светофильтров, применяются и внешние ND-фильтры более простой конструкции. Они представляют собой тщательно изготовленные круги из дымчатого стекла, ослабляющие свет в определённое число раз. Число это, как правило, составляет 10, 100 либо 1000. С одной камерой может быть использовано и несколько фильтров, работающих в комбинации. К примеру, фильтры 10х и 1000x при совместном использовании ослабляют свет в 10000 раз.

Иногда (и, возможно, это более правильно) степень ослабления внешних нейтральных свето фильтров выражается в значениях показателя диафрагмы. Понимая, что каждое следующее число диафрагмы вдвое уменьшает количество света, попадающее на сенсор, мы можем установить следующую зависимость: 100х фильтр ослабляет свет в сто раз, а находится в интервале между шестой и седьмой степенью двойки (64 и 128). Это означает, что стократное ослабление эквивалентно числу диафрагмы 6,5. Соответственно, ослабление 1000x эквивалентно диафрагме 10. ND-фильтры оказываются весьма полезны, для минимизации влияния повышенной глубины резкости при фокусировке объектива камеры в дневное время, а также при подстройке уровня выходного видеосигнала, удерживаемого автоматической диафрагмой при изменении освещённости. В последние годы стали появляться и регулируемые внешние нейтральные светофильтры, состоящие из двух слоёв стекла, вращаемых дург относительно друга для получения различной степени ослабления. Такого рода фильтры также полезны при фокусировке объектива и определении характеристики чувствительности - минимальной освещённости сцены для камер видеонаблюдения.