Objektive

Sichtbereich

Das Verhältnis von Breite zu Höhe beträgt auf einem Monitor betrachtet 4:3.

Brennweite

Sie bestimmt den Überwachungsbereich (Bildausschnitt). Der auf dem Monitor sichtbare Bereich ist von der Brennweite abhängig. Bei einer Halbierung der Brennweite von z.B. 16mm auf 8mm verdoppelt sich der sichtbare Bereich auf dem Monitor und umgekehrt. Der Sichtbereich ist auch von der Grösse des CCD- Chips abhängig. Dabei ist der Sichtbereich eines ½? Chip höher als bei einem 1/3" Chip. Beispiel: Die sichtbare Bildbreite bei einer ½? Kamera beträgt mit einem 4,8mm Objektiv bei 10m Abstand 13m und bei einer 1/3? Kamera 9m.

Fokus

Mit dem Fokusring an der Kamera lässt sich die Bildschärfe einstellen. Bei Autofokus- Objektiven geschieht dies automatisch.

Tiefenschärfe

Der Tiefenschärfebereich ist abhängig von der Blendeneinstellung am Objektiv. Dabei gilt: je kleiner der Blendendurchmesser (große Blendenzahl), desto größer ist der Bereich, der scharf auf dem Monitor abgebildet wird.

Objektive mit manueller Blende

Bei diesem Objektiv wird die Lichtmenge die dem Aufnahmechip zugeführt wird über einen Blendenring am Objektiv eingestellt. Sie eignen sich bei relativ konstanter Beleuchtung. Auf veränderte Lichtverhältnisse kann das Objektiv nicht reagieren und muss von Hand angepaßt werden.
Vorteil: kleine Bauform, geringes Gewicht, kleiner Montageaufwand, geringe Kosten.

Objektive mit automatisch geregelter Blende

Bei diesen Objektiven wird die der Kamera zugeführte Lichtmenge durch eine im Objektiv eingebaute elektromechanische Blende automatisch geregelt. Objektive mit spannungsgeregelter Blende sind auch bei stark schwankenden Lichtverhältnissen, wie z.B. im Aussenbereich einsetzbar. Die Ansteuerung der Objektive erfolgt über ein an der Kamera eingestecktes Anschlusskabel. Die zur Regelung notwendige Mechanik und Elektronik sind im Objektiv und in der Kamera (auto-Iris) eingebaut.

Zoomobjektive

Bei Zoomobjektiven lässt sich die Brennweite (Blickwinkel) anpassen. Man unterscheidet zwischen manuellen Zoomobjektiven (auch Varioobjektiv genannt) und motorangetriebenen Objektiven. Bei den manuellen Zoomobjektiven wird die Brennweite und der Focus (Schärfe) von Hand eingestellt. Sie sind mit manueller und automatischer Blende lieferbar. Bei motorangetriebenen Zoomobjektiven wird die Verstellung der Brennweite, des Fokus und der Blende mit Motoren vorgenommen und können von einem Steuerpult aus bedient und mit Strom versorgt werden.

Berechnung der Sichtbereiche von Kameras

Kamera-Entfernung in m x Faktor Breite = Darstellbare Überwachungsbreite auf dem Monitor, z.B 10m x 1,82m = 18,2m Überwachungsbreite in 10m. Entsprechend wird mit den Werten für die Höhe verfahren.

Geeignete MP-Objektive und Schwächen im Randbereich

Die höheren Megapixel Auflösungen der Videoüberwachungskameras stellen auch die Objektiv Hersteller vor immer größere Herausforderungen.

Die kleiner werdenden Pixel wollen entsprechend aufgelöst werden. Erst dann wird die Auflösung über 5 Megapixel auch sinnvoll sein, und erst dann können auch die Vorteile wie digitales Zoomen effektiv genutzt werden. Doch wo liegen die Unterschiede eines hochauflösenden optischen Systems zu den normalen Auflösungen? Prinzipiell ist die Technik immer die gleiche. Sammellinsen erzeugen ein reelles Abbild eines Objekts.

Das Problem: Objektive beziehungsweise optische Systeme sind grundsätzlich fehlerbehaftet. Ganz besonders Vario-Objektive  bei denen die Abstände der einzelnen Linsenelemente mit der Änderung der Brennweite bewegt werden, sind im Prinzip immer eine Kompromisslösung. Es wird aber eine gleichbleibende Abbildungsqualität über den gesamten Brennweitenbereich erwartet. Wenn dann noch eine Tag/Nacht-Kamera zum Einsatz kommt und beispielsweise ein Parkplatz in der Dunkelheit mit IR-Licht beleuchtet ist, kommen weitere Anforderungen hinzu.

Sphärische Aberration

Die Kunst des Objektiv-Designs besteht darin, alle optischen Fehler auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn man das Potenzial einer digitalen Kamera (HD-SDI/ IP) nutzt und sich digital in das Bild hineinzoomt, wird man evtl. schnell feststellen, dass im Randbereich des Bildes die Schwächen eines Objektivs sichtbar werden. Im Zentrum ist eine hohe Auflösung relativ einfach zu erreichen. Doch die Qualitätsunterschiede der Optiken werden zu den Rändern hin besonders deutlich.

Eine Ursache dieses Phänomens ist die sphärische Aberration. Die äußeren Lichtstrahlen treffen in einem anderen Winkel auf die Linse als im Zentrum. Entsprechend werden sie auch anders gebrochen, und die Lichtstrahlen treffen nicht mehr in einem Punkt auf den Sensor. Durch die Verwendung von asphärischen Elementen kann dieses Problem deutlich reduziert werden.

Asphärische Linsen

Asphärische Linsen zeichnen sich durch einen veränderten Radius in den Randbereichen aus. Das Licht wird in einem anderen Winkel abgelenkt und somit korrigiert. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien zu verwenden. Sogenannte hybrid-asphärische Elemente bestehen aus zwei unterschiedlichen Materialien, die jeweils einen anderen Berechungsindex besitzen. Eine Kombination solcher Linsen korrigieren dann nicht nur die Randstrahlen, sondern sind auch in der Lage, längere Wellenlängen, wie sie im IR-Licht vorhanden sind, auf einen Punkt zu bringen. Das Objektiv ist in diesem Fall IR-korrigiert, und es kommt nicht mehr zu einer Fokusverschiebung. Solche Objektive sind aber nicht nur für IR-Anwendungen zu empfehlen. Auch bei der Videoüberwachung im Innenbereich ist der Einsatz solcher Objektive sinnvoll, da im Kunstlicht, ganz besonders bei Halogenlicht, der IR-Anteil bis zu 90 Prozent beträgt.

Farbfehler oder chromatische Aberrationen werden ähnlich minimiert. Sogenannte LD Gläser (Low Dispersion) sorgen dafür, dass die Wellenlängen der unterschiedlichen Farben weitestgehend im gleichen Winkel gebrochen werden und punktgenau auf den Sensor treffen.

Ein weiterer Schlüssel für eine hochwertige Optik ist das Gehäuse. Ein Vario-Objektiv sollte über die gesamten Brennweiten eine möglichst gleich bleibende hohe Qualität aufweisen. Die Abstände der einzelnen Linsenelemente bewegen sich jedoch mit jeder Änderung der Brennweite. Die Anordnung der Elemente/Gruppen muss dennoch exakt aufeinander abgestimmt sein. Wenige Mikrometer Abweichung führen zu groben Unschärfen. Hohe äußere Temperaturschwankungen müssen ebenfalls ausgeglichen werden.

Einfluss der Beschichtungen

In einem direkten Vergleich zweier Datenblätter wird man häufig keine großen Unterschiede zwischen zwei Optiken erkennen. Leider sagen die Spezifikationen selten etwas über die tatsächliche Qualität aus. Selbst Auflösungsangaben wie fünf Megapixel sind keine Garantie, höchstens ein Hinweis auf eine hohe Qualität, da es keine festgelegten Normen für solche Angaben gibt. Einzig die Werte einer MTF-Kurve geben einen Hinweis auf die tatsächliche Auflösung. Diese Angabe ist allerdings besonders in der Videoüberwachung selten zu finden.

Ein weiteres häufig nicht beachtetes Thema ist die Vergütung. Die Beschichtungen der einzelnen Linsen haben einen sehr großen Einfluss auf die Abbildungsleistung, besonders in schwierigen Lichtsituationen. Zum Beispiel sollen bei direktem Gegenlicht im Idealfall die Lichtstrahlen nur in eine Richtung durch das Objektiv geleitet werden. Glas hat aber die Eigenschaft, auftreffende Strahlen zu reflektieren, und somit kann es bei einer minderwertigen Beschichtung zu starken Reflexionen innerhalb des Linsensystems kommen.

Woher weiß man aber, welche Qualität man von einem Objektiv erwarten kann? Wie schon erwähnt, sind die Megapixel-Angaben und die Spezifikationen nur ein Hinweis. Die wirkliche Perfomance wird daher von uns im Testbetrieb ermittelt, indem wir Objektive verschiedener Hersteller miteinander vergleichen. Ein weiterer Indikator hierfür ist aber auch der Preis. Hersteller versuchen, sich immer aggressiver gegenseitig zu unterbieten. Dass dieser Kampf aber langfristig zu minderer Qualität führt, ist nur die logische Folge, denn Spitzenprodukte erfordern viel Know-how und hochwertige Materialien. Welches Objektiv auch immer gewählt wird, es ist immer das erste Element in der Kette der Bildgebung. Und Detailinformationen, die hier verloren gehen, werden durch keinen Sensor zurückgewonnen.

Wir beraten Sie gerne und helfen Ihnen fachkundig bei der Ermittlung eines geeigneten Objektives.