Video İzleme Sistemlerinde Kullanılan Lensler Hakkında

Günümüzde video izleme sistemlerinde teknolojinin ilerlemesi, Megapiksel ve HD kameraların piyasada yaygınlaşması sebebiyle özellikle kameraların en büyük tamamlayıcı aksesuarı olan lensler daha fazla önem kazanmıştır. Öyle ki, artık sadece en iyi özelliklerle donatılmış kameraya sahip olmak yetmiyor, lensin doğru bir şekilde seçilip, ihtiyacı 7 gün 24 saat aralıksız ve en üst düzey performansla en iyi görüntüyü vermesi için sisteme ilave edilmesi gerekiyor.

Türkiye’deki video izleme pazarına baktığımızda, lens seçiminin artık kalıplaşmış olduğunu, hemen her güvenlik firmasının 3.5-8mm lenslere yöneldiğini ve her projelerinde aynı lensleri kullandıklarını görüyoruz. Elbette genel uygulamalarda değişken odaklı ve görüş açısının ayarlanabildiği lensler büyük kolaylık sağlamakta, ancak güvenlik sistemlerinde kullandığımız lenslerin ardında bu özelliğin dışında kalan pek çok teknik detay mevcut. Öyle ki, çok üstün özelliklere sahip bir kamera yanlış bir lens seçimi sebebiyle nesnelere odaklanmayabiliyor, geometrik bozulmalar sebebiyle şekiller farklı görüntülenebiliyor, gece görüntülerinde ise odak kaymaları, ışığın kamera görüntü alıcısına ulaşamaması gibi sorunlar müşteri memnuniyetsizliğine yol açıyor. Sorunu çözmek için ise türlü uygulamalara başvurulup, defalarca servis verdikten sonra, üstüne bir de daha kaliteli bir lens temin etmek için daha çok masraf yapılmasına sebep oluyor. Ancak yazımızın devamında anlatacağımız gibi profesyonel yöntemlerle, hem amaca uygun hem de kaliteli lenslerin tercih edilmesi sayesinde güvenlik kameralarının en iyi dostu olan lensleri daha yakından tanıyarak, performans kaybı yaratabilecek lensleri nasıl ayırtedebileceğimizi öğreneceğiz.

1. Kamera Formatı

Kamera’nın görüntü alıcısı (sensör) ayrıca kameranın görüş açısını da etkiler, daha küçük alıcısı olan kamera aynı lens kullanıldığında daha büyük alıcısı olan kameraya nazaran daha dar açılarda görüntü yakalayabilir. Lensin formatı ise görüş açısıyla alakasız olmakla birlikte, sadece  görüntü alıcısını kapsayacak şekilde yansıtma görevi gördüğünden kamera ile aynı formatta veya daha büyük olması gerekmektedir. Bu da en basitinden 1/3″ kameralar 1/3″ ila 2/3″ aralığındaki lenslerle çalışabilir anlamına gelmektedir. Bu arada 1/3″ formatındaki 8mm’lik lens ile 2/3″ formatındaki 8mm lens aynı görüş açısını verir. Fakat, ikinci kombinasyon, lensin sadece merkezi kullanıldığından ve optiğin daha iyi bir şekilde ortalanmasından dolayı daha yüksek çözünürlük ve görüntü kalitesi sağlar.

Kamera Formatı

2.Odak Mesafesi

Odak Mesafesi

Lensin odak mesafesi mm cinsinden ölçülür ve doğrudan elde edilecek görüş açısını etkiler. Kısa odak mesafesi (yani küçük lens uzunluğu değerleri) geniş görüş açısı sağlarken uzun odak mesafesi (yanibüyük lens uzunluğu değerleri) dar görüş açısıyla dürbün özelliği sağlar. Normal bir görüş açısı, göreceli olarak kameranın alıcısı tarafından yakalanan ve kendi gözümüzle gördüğümüze yakın görüş açısıdır.

Odak Mesafesi

3. F Stop

Lensler genellikle F Stop ya da açıklık olarak iki tür ölçüme sahiptir, azami açıklık (asgari F Stop) lens tamamen açık iken ve minimum açıklık (azami F stop) lens tamamen kapanmadan önceki durumu ifade eder. F Stop görüntünün son haline gelmesi hususunda bir çok etkide bulunur; düşük F Stop, lensin karanlıkta daha çok ışık geçmesine izin vermesine, kameranın daha iyi görüntü üretmesine, azami F stop ise ışığın veya yansımanın aşırı miktarda olduğu durumlarda görüntüdeki parlama etkisinden kurtulmaya ve sabit video sinyal seviyesini korumaya yardımcı olur. Tüm oto iris lensler azami F Stop’a ulaşmak için Nötr Özkütle (ND) filtresiyle  üretilir. F Stop aynı zamanda alan derinliğini de etkiler.

4. Görüş Açısı

Lensin görüş açısının bilinmesi, görüntülenecek nesne için önemlidir. Görüş açısı lensin odak uzaklığı ile kameranın görüntü alıcısının boyutuna bağlı olarak değişir. Nesneyi kapsayacak görüntü için odak mesafesinin hesaplanması aşağıdaki formül ile elde edilebilir.

Hesaplama formulü:

f= v * D/V … (1) f= h * D/H … (2)
f:  lensin odak mesafesi
V:  Nesnenin dikey boyu
H:  Nesnenin yatay boyu
D:  Lensten nesneye olan uzaklık
v:   görüntünün dikey boyu (tabloya bakınız)
h:   görüntünün yatay boyu (tabloya bakınız)

 

FORMAT 2/3″ 1/2″ 1/3″ 1/4″
v 6.6mm 4.8mm 3.6mm 2.7mm
h 8.8mm 6.4mm 4.8mm 3.6mm

 

Örnek:

Örnek Hesaplama Formulü 1/3” Kamerayla ve farklı odak mesafesindeki lensle elde edilmiş görüntüler

1/3” Kamerayla ve farklı odak mesafesindeki lensle elde edilmiş görüntüler

5. Alan Derinliği

Alan derinliği görüş alanı içerisindeki odaklanmış derinliği ifade eder. Büyük bir alan derinliği görüş alanına büyük oranda odaklanılmış demektir. Küçük bir alan derinliği görünümdeki sadece küçük bir bölüme odaklanıldığını ifade eder.

Alan Derinliği

Alan derinliği çeşitli etkenlerden etkilenebilir; geniş açılı bir lenste telefoto bir lense göre daha büyük alan derinliğine sahiptir, daha yüksek bir F stop ayarı aynı zamanda daha büyük alan derinliği demektir, ve daha yüksek çözünürlüklü kameralar da daha fazla alan derinliğine sahiptirler.

6. Otomatik İris ve Manuel İris lensler

Genel olarak oto (otomatik) iris lensler harici ortamlarda ışık seviyelerinde sürekli olarak değişiklik olan yerlerde kullanılma eğilimindedir, manuel iris lensler ise genellikle iç ortam uygulamalarında, ışığın sabit şiddette olduğu durumlarda kullanılır. Elektronik iris’li kameraların ortaya çıkmasından sonra, manuel iris lensleri de değişken ışık koşullarında kullanmak mümkün hale gelmiş durumdadır, zira kamera elektronik olarak ışık şiddetini bastırabilmektedir ancak, bu seçeneğe yönelirken bazı konuları dikkate almak gerekir. Örneğin, F Stop tercihi kritik bir önem kazanır, eğer iris kameranın gece çalışması için tamamen açılır ise, alan derinliği küçülecek ve gündüz bile keskin bir odaklama sağlanamayacaktır, kamera normal ışık seviyesini dengeleyecek fakat alan derinliği sorununu çözemeyecektir. Eğer iris alan derinliğini artırmak için kapalı durumda kalırsa bu sefer düşük ışıktaki performans düşecek ve kameranın görüntü kalitesinde kayıp oluşacaktır.

7. Video Sürüm (VC)  ya da Doğrudan (DC) Sürüm lensler

Oto iris lenslerde mükemmel görüntü seviyeleri elde etmek için iris’in kontrol altında tutulması gerekir, Video sürüm lensler kameradan gelen video sevitesini iris motor kontrolüne dönüştüren bir yükseltici devreye sahiptir. DC sürüm lenslerde ise bu yükseltici devrenin kamera üzerinde bulunması gerekmektedir, lens bu sayede sadece galvanometrik iris motoruna sahip olacağından daha uygun fiyatlı olur. Oto iris çıkışlı bir kameraya lens seçimi yaparken bu iki lens türünden hangisinin kameraya uygun olduğuna bakarak karar vermek gerekir.

8. P-iris (Hassas) kontrollü lensler

P-iris, otomatik olarak iris ayarını en kaliteli ve alan derinliği en yüksek seviyede tutabilen, uygulamaya en uygun hassasiyeti sağlayan, Megapiksel IP kameralar için geliştirilmiş bir teknolojidir. Bu yenilikçi teknoloji sayesinde geleneksel sabit, manuel ve oto-iris lenslerin sahip olduğu özellikler bir adım ileriye taşınmıştır.

Önemle belirtmek gerekir ki bir P-iris lens sadece P-iris uyumlu bir Megapiksel IP kamera ile kullanılabilir. Günümüzde P-iris teknolojisini destekleyen IP kamera üreticileri ilgili modellerinde bu lensin optik zoom özelliğini de kullanarak kameralarına yekpare bir gövde olarak tümleştirdilerse de, bazı üreticiler kullanıcıların kendi kullanacakları P-iris lenslere karar vermeleri için P-iris takılabilir kameralar da üretmektedirler.

P-Iris hem otomatik hem de hassas yeni bir tür iris kontrolüdür. DC oto-iris lens’in temel özelliği iris’i ışığın durumuna göre sürekli ayarlamasıydı, P-iris kontrolü ise görüntü kalitesini çeşitli faktörlere göre optimize edecek şekilde iris’e en uygun pozisyonu ayarlamasına dayanır. Hassas dijital iris kontrolü kamera yazılımının lens ile haberleşerek lense F Stop’u durumuna göre optimum seviyeye ayarlanmasını bildirir. Aynı zamanda P-iris kamera yazılımı elektronik olarak sinyal seviyesindeki yükseltimi (kazanç) F Stop durumuna göre ayarlayarak, nötral yoğunluğa olan ihtiyacı azaltarak optimal iris pozisyonunu mümkün olduğu kadar uzun bir süre devam ettirir. Sonuç olarak, görüntüdeki kontrast, çözünürlük ve alan derinliği yükseltilmiş olur.

Normal durumlarda, seçili iris pozisyonu ve kameranın elektronik işleme kabiliyetleri maruz kalınan ışık koşullarına göre ayarlanır. P-Iris teknolojisi kullanan Megapiksel kameralar otomatik olarak iris’e farklı bir pozisyon almaları için talimat verir. Karanlıkta iris tamamen açık, aydınlıkta ise P-iris kamera irisin pozisyonuna kapanma noktası için bir sınır koyar, böylelikle ışığın kırılmasına ve bulanıklığın önüne geçer. P-iris sistemine sahip olan Megapiksel kameralar aynı zamanda merkezdeki ve kenardaki görüntüdeki çözünürlüklerin arasındaki farkı azaltarak, genel görüntüde kaliteyi ve keskinliği güçlendirir.

Tipik olarak megapiksel kameralardaki görüntü alıcılarındaki pikseller daha küçük olduğu için dar bir alan derinliği sunar. P-iris özelliğine sahip bir megapiksel kamera kullanılabilir alan derinliğini, daha keskin görüntü ve zenginleştirilmiş ön ve arka plan çözünürlüğü de sağlar. Bu teknoloji sayesinde  uzun bir koridora konumlandırımış bir kameranın hem önde hem arka planda bulunan sahnelerden daha kullanışlı görüntüler elde edilmesi sağlanır.

Her P-iris CS montaj lens kablosu üzerinde 4-pin’li özel bir kabloyla gelir. Kameraları zarar görmekten korumak için, P-iris soketi sadece uyumlu kameralara bağlantı için tasarlanmış, standart kameralara uymayacak şekilde yapılandırılmıştır.

9. C ve CS Montaj Lensler

Modern kameralar ve lensler genellikle CS montajdır, CS montaj kameralarda hem CS hem C lensler kullanılabilirken, C montaj lens kullanımı için 5mm’lik bir montaj halkasının kamera ve lens arasına konumlandırılması gerekir, böylece kamera ve lens odaklanmış görüntü elde edebilir hale gelir. C montaj kameralarla CS montaj lens kullanımı ise mümkün değildir, zira CS montaj lensler fiziksel olarak C montaj kamera üzerindeki görüntü alıcısına yeterli mesafede yaklaşamazlar.

C ve CS Montaj Lensler10. Arka Bağlantı, Arka Odak Mesafesi ve Mekanik Arka Odak Mesafesi

Arka Bağlantı, Arka Odak Mesafesi ve Mekanik Arka Odak Mesafesi

11.Aspherical Lensler

Küresel (Spherical) lensler sabit bir kırılma indeksine sahiptir ve genellikle çoğu CCTV lensleri bu yapıdadır. Bu lensler, cam üzerinden ve küresel elemanın merkezinden geçen ışığın geçen görüntü düzlemi üzerinde tek bir noktaya düşmesi için tasarlanmıştır, fakat bir miktar küresel optik sapmaya neden olmaktadır. Bu sorun,  eleman üzerinden daha fazla ışık geçmesine ve görüntü yüzeyindeki  noktaya doğru odaklanmayı sağlayan  küresel olmayan (Aspherical) lens teknolojisiyle giderilmiştir. Daha gelişmiş kalıp teknolojileriyle desteklenen, aspherical lensler boyut kısıtlamalarını ortadan kaldırır ve genel optik performansı geleneksel CCTV lenslerine nazaran artırır.

Aspherical Lensler

12. IR Lens Mekanizması ve Avantajlı Etkisi

Gündüz & Gece (Day &Night) kameralar genelikle geceleri yakın-kızıl ötesi/kızıl ötesi alanlarda çalışır, sıradan bir lensle kullanıldıklarında görüntü “odak dışı” ve dolayısıyla, neredeyse kullanılmaz hale gelir. IR doğrulamalı lensler ise, özel bir optik cam kullanılması sayesinde ışık dağılımını azaltır. Sonuç olarak, kızıl ötesi aydınlatma altında yeniden odak ayarı yapılması gerekliliği ortadan kalkar. Bu tür lensler, özel bir ED (Ekstra Dağıtım) cam kullanılarak ile üretilir, ayrıca “özel kaplama” sayesinde ışığı farklı dalga boylarında geniş bir alana dağıtmaz. Bu kombinasyon lense normal aydınlatma ve IR aydınlatma altında da mükemmel odaklama sağlarken, kızıl ötesi aydınlatmadan daha fazla ışık almasına da müsade eder.

IR Lens Mekanizması ve Avantajlı Etkisi

IR Lens Mekanizması ve Avantajlı EtkisiSonuç olarak güvenlik kameralarıyla kullanılacak lenslerin, kamera özelliklerine uygun ve bu özellikleri tamamlayıcı olarak seçilmesi sistemin sağlıklı işleyişine ve ulaşılmak istenen görüntü kriterlerine ulaşmak için çok önemli olduğunu ortaya koymaktadır.

Kamera özelliklerinde belirtilen F1.2 ve F1.0 gibi değerler özellikle kameranın test edildiği lensin ışık toplama kabiliyetine atıfta bulunmaktadır, eğer aynı özelliklerde veya daha iyi F stop değeri veren bir kamera kullanılmazsa öncelikle ışığa duyarlılıkta kayıp meydana gelecektir. Öte yandan eğer lens seçimi aspherical malzemeden üretilmiş lensten yana yapılırsa, ışık toplama performansı artırılmış, aynı zamanda görüntüdeki  nesneler üzerindeki geometrik bozulma ortadan kaldırılmış olacaktır. Gerçek gece ve gündüz özelliğindeki kameralarda IR doğrulamalı lensler kullanıldığında ise insan gözünün algılayamadığı fakat kameranın görüş alanına giren farklı dalga boylarındaki ışık kaynaklarının kamera’nın hareketli IR kesme filtresi olsun ya da olmasın odak kaymalarına, gece görüşünde çözünürlük kaybının ve alan derinliğinin gerçekleşmesine engel olacaktır. IR aydınlatma kullanımında da ışıktan daha etkili yararlanılabilecektir. Bu arada IR doğrulamalı lenslerin sadece IR kesme filterli kameralarla değil, diğer kameralarla kullanımında da performansta iyileşme sağlanabilir çünkü doğada kızılötesi dışında dalga boylarında ışık kaynakları da mevcuttur. Aydınlık ve karanlık geçişlerin, gölgelerin ve aşırı güneşli havaların veya sokak aydınlatmalarına çok yakın veya uzak konumlandırılan kameraların da DC oto-iris lenslere ihtiyacı olmaktadır.

Son olarak günümüzde standart çözünürlüklerin yerini hızla alan Megapiksel ve HD kameralarda yüksek çözünürlük ve formatlarda lenslere ihtiyaç olduğunu, yukarıda belirtilen kriterlerin Megapiksel kameralar için çok daha dikkatlice incelenerek uygun lenslerin temin edilmesi gerektiğini hatırlatmak istiyoruz. Zira çözünürlük arttıkça piksel başına düşen optik ihtiyaç artmaktadır.

Bu yazı dünyanın en önde gelen lens üreticilerinden biri olan Computar’ın katkılarıyla hazırlanmıştır. Görseller Computar’ın katalogundan alınmıştır.

No Comments Yet

Leave a Reply

Your email address will not be published.