Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Система PFAS может включаться или выключаться оператором в зависимости от конкретной ситуации. Иногда необходима ручная фокусировка для приведения объекта съемки в центр изображения, а затем оператор включает точную фокусировку. Такой способ переменной фокусировки удобен для спортивных передач, когда затруднена фокусировка в режиме телесъемки.

Предусмотрено два режима работы системы PFAS: длительный и мгновенный. В длительном режиме фокусировка выполняется независимо от оператора. Такой режим нежелателен, когда объект выходит за пределы фокусируемой области, и фокусировка в этом случае будет вестись по заднему плану. Чтобы этого избежать, надо снова ввести объект в поле видоискателя и тогда фокусирующий блок по требованию оператора произведет фокусировку.

Заканчивая рассмотрение системы точной автофокусировки объективов PFAS, сформулируем основные ее достоинства:

фокусировка выполняется достаточно быстро и точно (единственное ограничение – рабочая скорость сервопривода фокусировки);

фокусировка сохраняется во всем диапазоне изменения фокусных расстояний;

параллакс между центром изображения на матрице телекамеры и измеренным на матрицах А и В отсутствует;

область фокусировки видна в видоискателе, и оператор может сконцентрироваться на получении высококачественного изображения;

объект съемки, движущийся относительно объектива (от объектива или к объективу), может удерживаться в фокусе вне зависимости от масштабирования. Дополнительно при наклоне или панорамировании оператор может следить за фокусом и объектом, поскольку камера движется вместе с контроллером.

Для решения задачи точной автофокусировки объективов телекамер компанией Canon был разработан оригинальный метод анализа разности фаз, отличающийся от предложенного фирмой Fujinon способа линейного анализа контрастности изображения [45].

Принцип работы системы автофокусировки, разработанной компанией Canon, основан на использовании специальной схемы с двумя дополнительными сенсорами, интегрированными в объектив (рис. 4.5).

В группу оптических элементов объектива добавляется специальная призма, направляющая около половины проходящего через объектив светового потока на два дополнительных сенсора. Таким образом, дополнительно создаются две копии основного, проецируемого объективом на матрицы ПЗС изображения. Поэтому степень фокусировки изображений на матрицах ПЗС телекамеры и на дополнительных сенсорах (датчиках автофокусировки) будет одинаковой

(рис. 4.6).

Когда главный объект в воспринимаемом объективом изображении сфокусирован, то каждая из точек данного объекта, будучи спроецированной на все три сенсора телекамеры, имеет одинаковый размер проекции на каждом из них, а также располагается точно в центре обоих дополнительных сенсоров (рис. 4.7).

Рис. 4.5. Конструкция объектива с датчиками автофокусировки, разработанная компанией Canon

Рис. 4.6. Схема формирования изображения на датчиках автофокусировки

При этом расстояние между сфокусированными изображениями отдельных элементов объекта на датчиках (сенсорах) автофокусировки величина постоянная, определяемая конструктивными особенностями устройства фокусировки.

Для примера на рис. 4.8 приведены схемы различных возможных вариантов установки фокуса: за требуемой плоскостью формирования изображения (рис. 4.8, а), точно в требуемой плоскости (рис. 4.8, б) и перед плоскостью

(рис. 4.8, в).

Рис. 4.7. Схема формирования трех изображений рассматриваемого объекта – основного и двух вторичных (на датчиках автофокусировки)

Рис. 4.8. Оптические схемы различных вариантов установки фокуса

Рис. 4.9. Схема сравнения расстояний между сфокусированными точками на сенсорах автофокусировки

Из рис. 4.8 видно, что именно по расстоянию между сфокусированными точками объекта наблюдения на вторичных сенсорах телекамеры и определяется степень фокусировки объектива в целом. На рис. 4.9 показано расположение сфокусированных точек на дополнительных сенсорах в зависимости от состояния фокусировки.

Из сравнения рис. 4.8 и 4.9 можно видеть, что в случае точной фокусировки объектива расстояние между выбранными точками на сенсорах автофокусировки равно определенному значению Df, если фокусировка смещена за плоскость изображения, то расстояние между точками Dl (Dl > Df), а если она находится перед плоскостью изображения, то получаемое расстояние Ds, причем Ds < Df. Благодаря этому система автофокусировки может оперативно определить направление смещения фокусирующих элементов объектива, что значительно повышает быстродействие системы в целом. Поэтому можно говорить о наиболее эффективном анализе степени фокусировки по расположению выбранных точек объекта наблюдения на поверхности вторичных сенсоров.

Особо следует отметить тот факт, что изображения на дополнительных сенсорах формируются потоками света малой интенсивности, поэтому имеют бóльшую глубину резкости в сравнении с глубиной резкости основного изображения. Это позволяет обеспечить видимость границ объектов, размытых в основном изображении, что особенно актуально при работе с большим фокусным расстоянием и в неблагоприятных погодных условиях (туман, дождь, пыль).

Исходный кадр может содержать большое количество объектов съемки, которые при этом могут еще и перемещаться относительно друг друга. В такой ситуации следует определить объект интереса (на котором нужно сфокусироваться) и «проинформировать» об этом систему. Эта задача решается посред-

ством выбора области автоматической фокусировки, определяемой и устанавливаемой непосредственно оператором.

Выбранную область автофокусировки можно легко переместить вручную в любую область кадра, а также оперативно изменить ее размеры.

Учитывая высокую частоту обновления телевизионного изображения (кадровую частоту), необходимо обрабатывать поступающие данные с еще более высокой скоростью, поэтому в системе автофокусировки фирмы Canon используются достаточно мощные процессоры и специальный алгоритм прогнозирования, основанный на анализе векторов перемещения объектов наблюдаемой сцены.

Трансфокация (масштабирование). Изменение угла поля зрения вариообъектива одновременно с трансфокацией производится сервоприводом, включаемым переключателем на оптическом модуле видеокамеры или телекамеры. Эту операцию можно выполнить и вручную с помощью рычага трансфокатора, непосредственно являющегося функциональным элементом объектива. Выбор типа операции производится переключателем с маркировкой «М» (ручная) и «S» (сервопривод).

Установка диафрагмы. Открывая или закрывая диафрагму объектива (изменяя его апертуру), мы регулируем количество света, попадающего на матрицу ПЗС. Регулировка диафрагмы количественно оценивается диафрагменным числом k, которое показывает, какое количество света может пройти через объектив. Оно прямо пропорционально фокусному расстоянию и обратно пропорционально диаметру апертуры объектива. При заданном фокусном расстоянии, чем больше апертура объектива, тем меньше число k и тем ярче получаемое изображение. Совокупность чисел k, указываемых на корпусе объектива в качестве меток для регулировки диафрагмы, представляет собой последовательность, где каждое следующее значение больше предыдущего в 2 (1,414) раз: 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22. Например, при установке диафрагмы на метке 2 для объектива с фокусным расстоянием 50 мм мы будем иметь апертуру в 25 мм. Закрывая диафрагму до значения 4, мы уменьшим количество света, проходящего через объектив, вдвое. При раскрывании диафрагмы до уровня 1,4 количество проходящего света увеличивается. Объективы разных конструкций могут иметь разную конфигурацию элементов и линзы из разного стекла. Из-за этого при одинаковых установках диафрагмы они будут пропускать разное количество света.

На объективах некоторых конструкций диафрагменное число k обозначается символом F или f.

Режим управления диафрагмой выбирается переключателем на три положения: «М» (ручное); «А» (автоэкспозиция, с электронным управлением) и «R» (дистанционное, когда параметрами изображения, получаемого от телекамеры, управляют из другого места, где его согласовывают с изображениями от других камер, снимающих одно и тоже событие, или с эталонным изображением, после чего вырабатывается сигнал управления диафрагмой). В камерах последних лет выпусков стали применять цифровые системы регулирования, причем, если ранее обрабатывалась средняя освещенность снимаемой сцены, и сильное влия-