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Objektive für Überwachungskameras

Videoüberwachung

Die richtige Auswahl eines Objektives wird meist unterschätzt. Daraus resultierend wird aus einer qualitativ hochwertigen Kamera eine 0815-Komponente zum überhöhten Preis.

Alle Objektive sollte in Leistung, Qualität und Ausstattung den höchsten Ansprüchen in der Sicherheitstechnik und der Bildverarbeitung entsprechen. Die CCTV-Objektive erhöhen und erhalten die Leistung Ihrer CCTV-Systeme.

Folgende Objektivarten lassen sich grundsätzlich unterscheiden:

  • Objektive mit fester Brennweite und fixierter Blende
  • DC - Objektive mit fester Brennweite und automatischer Blendensteuerung
  • ES - Objektive mit fester Brennweite und automatischer Blendensteuerung
  • Handzoom - Objektive
  • Motorzoom - Objektive
  • IR-korrigierte - Objektive
  • Tag/Nacht-Objektive

Folgende Fabrikate erreichen nach unseren Recherchen in der Videoüberwachung gute Ergebnisse:

  • Tamron
  • Pentax
  • Computar



Objektive mit fester Brennweite und fixierter Blende

Diese Art Objektiv besitzt grundsätzlich eine fest definierte Brennweite (Blickwinkel) und arbeitet in der Regel ohne Blendensteuerung. Da der Blendenwert (F - Wert) des Objektives nicht verstellt werden kann, bedeutet das, daß die Blende im Objektiv entfällt und die Lichtintensitätsregelung durch die Kamera erfolgen muß. Es gelangt somit stets der max. Lichtanteil durch das Objektiv auf den Aufnahmesensor der Kamera. Bei Einsatz eines solchen Objektives auf einer CCD - Kamera muß es somit zunächst einmal, in Abhängigkeit der Lichtintensität, zu einer totalen Überhellung des Bildes kommen.

Die Regelung der Lichtintensität erfolgt in der CCD - Kamera über die automatische Shuttersteuerung. Bei diesem Verfahren wird die Belichtungszeit der lichtempfindlichen Bildpunkte des CCD - Chip über eine elektronische Regelung gesteuert. Durch Verkürzen der eigentlichen Belichtungsdauer von 1/50 Sekunde wird somit auch der Lichtanteil automatisch reduziert. Dieses Verfahren kann direkt mit dem Fotoapparat verglichen werden, an dem die Belichtungszeit über die mechanische Verschlußzeit der Blende gesteuert wird.

In der Praxis hat sich eine Belichtungszeit (automatische Shutterregelung) von 1/50 - 1/100.000 Sekunde bewährt, um auch bei viel Licht (Mittagszeit im Hochsommer) brauchbare Videobilder zu erhalten.
Nachteil bei Kamerastationen mit automatischer Shutterregelung ist der Smear - Effekt, der mit steigenden Lichtverhältnissen zunimmt. Vorteil bei Kamerastationen mit automatischer Shutterregelung ist der niedrigere Preis sowie die geringe Störanfälligkeit dieser Objektive, da eine aufwendige mechanische Blendensteuerung entfällt.

Fix-Objektiv
 

DC - Objektive mit fester Brennweite und automatischer Blendensteuerung

Auch bei diesen Objektiven handelt es sich um Objektive mit fest definierter Brennweite (Blickwinkel), jedoch mit automatischer Blendeneinstellung in Abhängigkeit der Beleuchtungsverhältnisse. Hierzu wird die Blende im Objektiv mittels einer Gleichspannung gesteuert, die in einem Vergleichsverstärker innerhalb der Kamera gewonnen wird. 

DC-Objektive haben somit immer einen elektrischen Anschluß an die Kamera. Nehmen die Beleuchtungsverhältnisse ab, so reduziert sich auch die Ausgangsspannung im Vergleichsverstärker und die Blende des Objektives kann entsprechend weiter aufgeregelt werden, um entsprechend entgegenzuwirken. 

Die elektrische Anpassung zwischen Objektiv und Kamera erfolgt mittels eines Potentiometers (Level) an der Kamera. Vorteil dieser Objektive ist die automatische Blendensteuerung, so daß eine Aktivierung des automatischen Shutter nicht erforderlich ist. Der Smear - Effekt, wie er bei Objektiven mit fixierter Blende auftreten kann, tritt fast nicht auf, da der Shutter mit einer Zeit von 1/50 Sekunde fest eingestellt bleibt.:

Objektiv mit DC-Blendensteuerung
 

Handzoom-Objektive

Handzoom - Objektive haben, im Vergleich zu Objektiven mit fester Brennweite, die Möglichkeit die Brennweite und somit den Blickwinkel über einen Einstellring am Objektiv zu verändern. 

Der Brennweitenbereich wird entsprechend mit dem kleinsten und größten Bildausschnitt angegeben, der mit diesem Objektiv erzielt werden kann (z. B. 4 - 8 mm). Dies bedeutet in jedem Fall, daß die Veränderung der Brennweite (und somit des Blickwinkels) ausschließlich manuell am Objektiv erfolgen kann. Eine Fernsteuerung ist nicht möglich. Die Blendensteuerung eines solchen Objektives kann entweder entfallen (Automatischer Shutterbetrieb) oder als DC bzw. ES ausgelegt sein.

Handzoom-Objektiv
 

Motorzoom-Objektive

Motorzoom - Objektive haben, im Vergleich zu Handzoom - Objektiven, die Möglichkeit die Brennweite und die Fokusposition über elektrisch betrieben Motoren zu verändern. 

Der Brennweitenbereich wird entsprechend mit dem kleinsten und größten Bildausschnitt angegeben, der mit diesem Objektiv erzielt werden kann (z. B. 4 - 8 mm). 

Die Ansteuerung der Motoren erfolgt in der Regel über einen separaten Anschlußverteiler, da an diesen Kamerastationen meist auch ein Schwenk- Neige - Kopf zum Einsatz kommt. 

Die Fernbedienung wird beispielsweise über eine serielle Schnittstelle (z. B. RS - 485) zum Anschaltkasten der Kamerastation übertragen. Die Blendensteuerung eines solchen Objektives kann entweder entfallen (Automatischer Shutterbetrieb) oder als DC bzw. ES ausgelegt sein.

Motorzoom-Objektiv
 

Asphärische Objektive

Bei asphärischen Objektiven handelt es sich um Objektive mit einer sehr hohen Abbildungsqualität. Aufgrund der besonderen Objektivkonstruktion wird eine entsprechend höhere Lichtbündelung erzielt, wodurch eine insgesamt größere Lichtempfindlichkeit des Objektives erzielt wird. 

Die optischen Verzerrungen können geringer gehalten werden als bei konventionellen Objektiven, wodurch auch eine insgesamt höhere optische Auflösung erzielt wird.

asphärisches Objektiv
 

Tag/Nacht-Objektive

Diese Objektivserie ist für IR-empfindliche Farb-Kameras (Tag/Nacht-Kameras) konstruiert worden. Am Tage ist eine unverfälschte Wiedergabe der Farben möglich.

Durch besondere optische Korrekturen entsteht, nach Umschaltung auf IR-Beleuchtung, ein Bild ohne Unschärfen oder Geisterbilder, die sonst durch eine Fokusverschiebung enstünden.

Diese Objektive sind auch empfehlenswert für SW-Kameras, die dadurch besonders IR-reflektierende Flächen (wie z.B. Bäume und Wiesen) nicht mehr schneeweiß, sondern kontrastreicher in realitätsnahen Grauwerten abbilden.

Tag-Nacht-Objektiv
 

Infrarot (IR) vergütete Objektive

Bei Verwendung von SW-Kameras mit extrem hoher IR-Empfindlichkeit ist der Bildeindruck meist flau und verwaschen, da die verwendeten CCD-Sensoren ein sehr breites Spektrum an verschiedenen Wellenlängen zur Herstellung eines Bildes verwerten (mit höchster Empfindlichkeit um ca. 700-800nm). Eine Abhilfe bieten IR-vergütete Objektive.

Herkömmliche Objektive sind für einen Wellenbereich um 550nm optimiert. Bei diesen Wellenlängen hat auch der Standard-CCD-Chip seine höchste Empfindlichkeit. Unter 450nm und über 650nm fällt die Empfindlichkeitskurve steil nach unten, d. h. diese Wellenlängen werden für die Erzeugung eines Bildes weniger berücksichtigt.

IR-vergütete Objektive sind so beschichtet, dass der Arbeitsbereich um 850nm liegt. Damit wird die Kennlinie der Infrarot-Kamera ideal unterstätzt, die nun ihr Bild überwiegend aus dem im Tageslicht enthaltenen Infrarotlicht und nachts durch IR-Beleuchtung erzeugt.

Infrarot vergütetes Objektiv
 

Megapixel-Objektive

Hochaufgelöste Bilder geben die Möglichkeit auch kleine Ausschnitte noch nachträglich zu vergrößern und detailliert wiederzugeben.

Mit den Megapixel-Objektiven erhält man die volle Auflösung einer Megapixel-Kamera bei hohem Kontrast und scharfen Bildern.

Durch eine große Blendenöffnung der Megapixel-Objektive erhält man klare Bilder auch bei schwacher Beleuchtung. Diese Objektive bieten eine gute und exakte Bilderkennung, die durch eine reduzierte Verzerrung und eine verbesserte, gleichmäßige Ausleuchtung des CCD-Sensors erreicht wird.

Megapixel-Objektiv

Warum sollten normale Objektive nicht verwendet werden?

Die Wellenlänge des IR Lichtes unterscheidet sich von der des sichtbaren Lichtes. Das heißt, dass der Fokus-Punkt des IR Lichtes im Vergleich zu dem Fokus-Punkt des sichtbaren Lichtes verschoben ist.



Die Konsequenz daraus ist, dass bei Benutzung von normalen Objektiven, deren Fokus tagsüber eingestellt wurde, das Bild während der Nacht verwischt oder unscharf wird.

Ist die Kamera mit einem  fernsteuerbaren Motor-Zoom Objektiv ausgerüstet, kann das Bild sehr leicht wieder scharf gestellt werden. Das ist jedoch bei Objektiven mit manueller Fokuseinstellung nicht möglich.

Das Problem der Fokusänderung kann bei der Verwendung von IR korrigierten aspherischen Objektiven stark gemindert werden, da diese sowohl das sichtbare als auch das infrarote Licht auf nahezu dem gleichen Niveau fokussieren.

Wann sollen IR korrigierte aspherische Objektive verwendet werden?

IR korrigierte Objektive sollten nicht nur bei der Verwendung von IR-Beleuchtung eingesetzt werden. Viele Lichtquellen beinhalten einen IR- Lichtanteil. In Kombination mit S/W- oder Tag/Nacht-Kameras, bieten IR korrigierte Objektive ein deutlich schärferes Bild, weil das gesamte Licht fokussiert wird.

Welche Lichtquellen enthalten IR-Licht?

Das Sonnenlicht beinhaltet einen großen IR-Lichtanteil. Auch unnatürlich Lichtquellen wie Halogenlicht und herkömmliche Glühlampen enthalten einen bedeutenden IR-Lichtanteil.

Wenn man eine Beleuchtung mit einer Mischung aus sichtbarem und infrarotem Licht hat, ist es möglich, nur durch den Austausch des Objektives gegen ein IR korrigiertes Objektiv eine bedeutende Besserung der Bild-Wiedergabe zu erreichen ohne die Kamera ersetzen zu müssen.


Resümee

Es gibt zwei wesentliche Situationen unter denen IR korrigierten Objektive bevorzugt werden sollten:

  • Wenn die Beleuchtung zwischen sichtbarem Licht und infrarotem Licht wechselt, z.B. von Tageslicht zu IR Beleuchtung, von Halogen zu Fluoreszenz oder von Tageslicht zu Hoch-Druck Natriumlampen oder Quecksilber-Dampflampen.
  • Bei der Verwendung von Licht, das aus einer Mischung des sichtbaren Lichtes und IR Lichtes, wie Sonnenschein, Halogen oder üblichen Glühlampen besteht.

Die oben genannte Empfehlung gilt nur bei der Verwendung von S/W- oder Tag/Nacht Kameras. Bei der Verwendung von Farbkameras ist der Vorteil der IR korrigierten Objektive begrenzt. Es würde hierbei nur eine geringe Farbkorrektur erreicht werden.

Es ist nicht möglich Standardobjektive zu IR korrigierten zu modifizieren, z.B. durch Beschichtung der Objektivelemente. Dieses würde nie ein optimales Ergebnis erzielen, da für diese Objektivtypen spezielle Gläser verwendet werden und darüber hinaus ein spezielles Beschichtungsverfahren angewendet wird. Diese Herstellung war früher sehr aufwendig und teuer. Durch die heutigen effektiveren Produktionen konnten die Preise dieser Objektive deutlich gesenkt werden.
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