В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Людмила Березенцева
Главный специалист, ОАО "ВНИИТР"
Владимир Савоскин
Начальник отдела, ООО "Инфрамодуль"
Современные телевизионные камеры предъявляют высокие требования к объективам. Каждый год ведущие производители оптических систем совершенствуют их технические и качественные характеристики, предлагают новые конструктивные и технологические решения. Не стали исключением международные выставки 2007 г. - NAB (Лас-Вегас), IBC (Амстердам), NAT EXPO (Москва), на которых были продемонстрированы модели объективов, отвечающие возросшим запросам потребителей и воплотившие в себя лучшие достижения последних лет. К настоящему времени параметры объективов для камер различного применения достигли практически максимальных значений (по кратности, углу поля зрения, массогабаритным характеристикам и т.д.), поэтому новинки 2007 г. дополняют и расширяют существующую номенклатуру объективов
Все многообразие телевизионных объективов, основными производителями которых являются фирмы Thales Angenieux, Canon, Fujinon, Carl Zeiss, Cooke (к 2007 г. выпускалось более 170 наименований), условно можно разделить на следующие основные группы: для внестудийных съемок (EFP); для студийных съемок (Studio); для видеожурналистики и внестудийного видеопроизводства (ENG/EFP); профессиональные объективы (Pro-video); объективы для электронного кинематографа; для видеоконференций (videoconferencing) ; макрообъективы и др.
Следует отметить, что приоритетным направлением в разработке новейших оптических систем является повышение качества изображения, соответствующее телевидению высокой четкости, которое уже прочно завоевало свои позиции на телевизионном рынке. Объективы для электронного кинематографа в статье не рассматриваются, так как за последние два года новых разработок представлено не было, а интересующиеся этим разделом могут ознакомиться с конструктивными особенностями и качественными параметрами данного класса объективов в статьях авторов [1, 2].
В таблице 1 приводятся технические характеристики современных телевизионных объективов в диапазоне достижения их максимальных значений (изменение фокусных расстояний, углы поля зрения, относительное отверстие, минимальная дистанция съемки и др.), в зависимости от типа применения, что указывает на различие этих параметров для отдельных групп объективов. В таблице 2 приводятся основные параметры объективов, представленных в конце 2006-2007 гг.
Для внестудийных объективов главными характеристиками являются: диапазон изменения фокусных расстояний (кратность) и защищенность конструкции от воздействия окружающей среды (пыль, дождь, снег и т.д.). Так как съемки охватывают большие пространства и ведутся с дальних дистанций (стадионы, всевозможные ралли и кроссы, съемка с вертолетов), кратность внестудийных объективов составляет 60х-101х. Поскольку на выездных передачах возможны различные условия освещенности и охвата снимаемого пространства, то они имеют достаточно высокие относительные отверстия (1:1,5-1:1,7) и углы поля зрения (не менее 60°), а дистанцию съемки от 2 до 3 метров.
В студийных условиях основными техническими требованиями к объективам являются: угол поля зрения (70°-80°), минимальная дистанция съемки (0,6-0,9 м), относительное отверстие (1:1,4-1:1,5), диапазон изменения фокусных расстояний до 27х. Высокое относительное отверстие в студийных объективах определяется, с одной стороны, желанием уменьшить мощность источников освещения, чтобы снизить температуру в студийных условиях и создать тем самым определенный комфорт для участников телесъемок, и с другой - получить в затемненных участках снимаемой сцены достаточную освещенность изображения. При достигнутых предельных технических характеристиках современные студийные и внестудийные объективы используют следующие технологии: двукратный встроенный экстендер; систему автофокусировки, позволяющую точно и быстро настраивать фокус; оптический стабилизатор изображения, устраняющий вибрацию на частоте от 0 до 10 Гц; качество изображения, соответствующее требованиям ТВЧ; возможность работы в двух форматах кадра для переключаемых камер - 16:9 в 4:3, автоматические цифровые системы управления функциональными узлами объектива; подстройку заднего фокуса и др.
Абсолютное большинство студийно-внестудийных объективов обеспечивает качество телевизионного изображения высокой четкости. При работе этих объективов в составе камер ТВЧ необходима очень точная фокусировка на объект съемки.
Дело в том, что в камерах ТВЧ, в отличие от камер стандартного телеви-дения, глубина резкости в пространстве изображений значительно меньше, т.к. допустимый кружок расфокусировки (5) на ПЗС-матрице камер ТВЧ меньше, чем в камерах стандартного телевидения (например, для формата 2/3" имеем: 5=0,013 мм для камер ТВЧ и 5=0,033 мм для камер стандартного телевидения), а глубина резкости изображения (Д) согласно нижеследующей формуле прямо пропорциональна величине кружка расфокусировки 5 (чем больше кружок расфокусировки, тем больше глубина резкости и тем легче выполнить фокусировку, не ухудшая качества изображения, и наоборот).
Δ=2кδ,
где к - диафрагменное число, равное обратной величине относительного отверстия объектива.
Дополнительная трудность фокусировки объективов ТВЧ возникает также из-за малой разрешающей способности видоискателей с диагональю 2" или 7", имеющих разрешающую способность около 450 линий. Для стандартного телевидения этого достаточно, но для формата ТВЧ с разрешением 640-1080 линий в отмеченных условиях нельзя выполнить точную фокусировку.
Фирма Fujinon еще в 2004 г. разработала систему точной настройки фокуса Precision Focus Assist (PF), которая позволяет добиться максимальной резкости изображения в телевизионных объективах. Систему PF фирма постоянно совершенствует по светопропусканию и чувствительности, позволяя снимать низкоконтрастные детали и работать в условиях малой освещенности. В системе PF используется метод контраста, основанный на измерении разницы оптической длины хода световых пучков. Это позволяет настраивать фокус очень быстро и точно, при этом движущиеся объекты всегда находятся в фокусе. В объективе установлены две дополнительные матрицы CCD и полупрозрачное зеркало, которое передает изображение в систему точной настройки фокуса. Призма распределяет световой поток на каждую из дополнительных матриц CCD, которые используются для измерения контрастности перед матрицей в камере и после нее. Подробный принцип работы системы точной фокусировки, использующий контрастный метод автофокусировки, рассмотрен в статье авторов [3].
Фирма Canon в 2007 г. в новых студийно-внестудийных объективах ТВЧ для точной фокусировки использовала фазовый метод автофокусировки (TTL -Secondary Image Regisrtation Phase-detection System), разработанный ранее для зеркальных фотоаппаратов. Принцип работы системы автофокусировки (AF) по фазовому методу состоит в том, что часть светового потока, поступающего в объектив с помощью светоделительной призмы и пар линз вторичного изображения, фиксируется на отдельных датчиках. При точной наводке на резкость два световых потока от линз вторичного изображения будут находиться друг от друга на определенном расстоянии, заданном конструкцией датчика. В случае расфокусировки (отсутствия резкости) это расстояние будет больше или меньше. Датчик, измерив это расстояние, выдает на выходе сигнал, показывающий, в какую сторону и на сколько надо переместить линзы объектива, чтобы получить точную фокусировку.
Системы автофокусировки PF и AF, использующие разные методы точной фокусировки (контрастный и фазовый), создают для телеоператоров комфортные условия в работе. Отметим основные достоинства этих систем: высокая точность фокусировки, соответствующая требованиям стандарта ТВЧ; движущиеся объекты всегда находятся в фокусе, что особенно важно при съемке спортивных соревнований; область фокусировки отображается на дисплее видоискателя и др. Оператор сможет больше внимания уделить творческому процессу съемки и поиску удачных кадров. Появление таких систем позволяет оператору получить четкое и яркое изображение и снимать кадры, сделать которые раньше считалось практически невозможным.
Система PF имеется в следующих студийно-внестудийных объективах ТВЧ фирмы Fujinon -XA101x8,9BESM, XA88x8,8BESM, XA27x6,5BESM, а также в объективах для камер видеожурналистики -HA22x7,3BRD и HA13x4,5BRD.
В последней разработке фирмы - длиннофокусном объективе ХА88х8,8 BESM, предназначенном для съемок спортивных соревнований, сочетаются большая кратность (М = 88х) и широкий угол поля зрения (57° по горизонтали). Объектив рассчитан по GO-технологии Fujinon, focus и zoom группы являются отдельными ахроматическими линзами. Кроме того, использование линзовых элементов из специального стекла с высоким коэффициентом преломления и низкой дисперсией значительно минимизировало хроматические аберрации, дисторсию. Применение специального покрытия ЕВС позволило значительно снизить засветки и блики, повысить светопропускание. Наличие цифровой системы управления DIGI POWER, включающей функции QuickZoom (быстрая установка фокуса и масштабирования), F number limit (выбор угла поля зрения), two shot preset (запоминание установочных значений) и ряд других функций, значительно повышает точность работы операторов. Как и большинство длиннофокусных внестудийных объективов Fujinon, объектив HA88x8,8BESM имеет внутреннюю систему оптической стабилизации изображения (OS-TECH).
Следует отметить, что стабилизация изображения на больших фокусных расстояниях и при включении экстен-деров является серьезной проблемой. Фирмы Canon и Fujinon используют различные типы (съемные и встроенные) стабилизационных устройств как для объективов студийно-внестудийного применения, так и для объективов для видеожурналистики и внестудийного видеопроизводства. Новейшие технологии стабилизации изображения позволяют избежать проблем, связанных с вызываемой ветром вибрацией, с подвижной платформой, с которой ведется съемка, или с движением оператора, и обеспечивают четкое, устойчивое изображение во время съемки.
В 2007 г. фирма Canon также представила новые модели длиннофокусных объективов с технологией автофокусировки - DIGISU-PER100AF (XJ100x9,3B AF) и DIGISU-PER86AF (XJ86x9,3B AF). Эти достаточно известные объективы используют технологии Х-элемент и Power Optical System, позволяющие достигать высокого качества изображения при наименьших габаритах. Обе модели также оснащены встроенным оптическим стабилизатором изображения с помощью подвижной группы линз, которая интегрирована в оптические кодеры новой панорамно-наклонной головки - Vinten Vector 950 Active. В результате даже при съемке с быстрым перемещением камеры отсутствует инерционный эффект.
Одной из последних разработок фирмы Canon в серии студийных объективов является модель DIGISU-PER27 (XJ27x6,5B), в которой максимальная скорость масштабирования улучшена до 0,5 с, что позволяет оператору более точно управлять движением линзовых групп через дистанционные блоки управления без ухудшения уровня шума. В этой модели были улучшены оптические характеристики: минимизированы геометрические искажения (в частности, на минимальном фокусном расстоянии), повышено разрешение; значительно снижены нежелательные засветки и блики, возникающие в кадре от студийного освещения или яркого источника света, путем применения новых оптических материалов и многослойного специального покрытия; а также в ней использована система внутренней фокусировки и обеспечивается постоянство угла поля зрения при фокусировке (Constant Angle Focusing System). Дополнительно, к этому объективу была разработана широкоугольная насадка 0,9х, увеличивающая угол поля зрения и расширяющая эксплуатационные возможности объектива.
В последние годы новым направлением в разработках данного класса является создание легких (массой чуть более 6 кг) компактных студийных объективов для портативных камер ТВЧ, значительно расширяющих их область применения. Фирма Canon разработала такой объектив в 2004 г. -модель DIGISUPER 22xs, а фирма Fujinon в 2007 г. - XA22x7BES. Оба объектива имеют форму, как у больших студийно-внестудийных объективов, но обладают более высокими оптическими характеристиками. Они оснащены системой индикации, отображающей параметры масштабирования, диафрагмы и положение экстен-дера, а также позволяющей использовать широкий диапазон цифровых функций. Наличие легкой подставки позволяет достаточно быстро устанавливать эти объективы на стандартный штатив для камер видеожурналистики, студийные пьедесталы и т.д. В объективе XA22x7BES благодаря приводному ремню управления масштабированием и фокусировкой управление объективом стало плавным и точным, при этом шумы при работе практически незаметны. Он имеет все преимущества цифровых функций управления DIGI POWER, включая систему диагностики (Find System) основных параметров объектива.
Работа в условиях видеожурналистики и внестудийного видеопроизводства (ВЖ/ВВП - ENG/EFP) предъявляет высокие требования по многим параметрам объективов - одновременно требуются: большой диапазон фокусных расстояний, высокая светосила, широкий угол поля зрения, легкость конструкции для носимых камер, удобный привод управления. Специфические условия работы операторов с камерами ВЖ/ВВП (студии, стадионы, сжатые пространства, съемки на природе) привели к созданию объективов с углами поля зрения до 100°, кратностью от 10х до 40х, относительным отверстием от 1:1,4 до 1:2,8, дистанцией съемки от 0,3 до 0,9 м.
Объективы ВЖ/ВВП выпускаются как вещательного (высокой и стандартной четкости), так и профессионального качества. Объективы высокой четкости (HD) приблизительно в два раза превосходят объективы стандартного вещания (SD) по разрешающей способности при равной глубине модуляции и имеют практически нулевую дисторсию. Объективы профессионального качества, при аналогичной разрешающей способности с объективами стандартного вещания, имеют меньшую глубину модуляции (примерно на 20-30%), меньший контраст изображения, а также остаточную дисторсию до 2%. В настоящее время наблюдается тенденция приближения профессионального качества к вещательному, т.е. отдельные образцы объективов профессионального применения по качеству изображения не уступают вещательным. Класс объективов с дистанционным управлением достаточно широк (телевещание, видеоконференции, дистанционное обучение и др.). Все они снабжаются бесшумным и высокоскоростным механизмом автоматического управления масштабированием, фокусировкой и диафрагмой.
Основные технологии, используемые при изготовлении объективов ВЖ/ВВП, предполагают специальные оптические элементы и улучшенные оптические схемы; коррекцию хроматических аберраций и дистор-сии; использование экологически чистых материалов, систему внутренней фокусировки, обеспечивающую надежную защиту от пыли и влаги; эргономичный дизайн; стабилизаторы изображения; усовершенствование системы сервопривода цифрового управления объективами и пр.
За последние два года в связи с широким распространением камер форматов HDV фирм JVC, Sony, Panasonic значительно расширилась линейка объективов формата 1/2" и 1/3". Технические характеристики этих объективов по кратности, углам поля зрения, минимальной дистанции съемки практически сопоставимы.
Так, фирма Fujinon, представив впервые в 2001 г. для 1/3" формата телекамер объектив Т14х5,5, создала к 2007 г. серию объективов с байонет-ным креплением, состоящую из 5 моделей: TM7x5BRM - стандартный объектив, компактный и легкий, имеет хороший баланс с камерой; TM7x5BMD - дистанционно-упра-вляемый объектив, использующий технологию для вещательных объективов; TM3x3,5BRM - широкоугольный объектив (f=3,5 мм) с компенсацией эффекта "дыхание" для возможности осуществления киносъемок, HTs18x4,2BRM - объектив с высоким оптическим качеством ТВЧ и цифровыми функциями управления DIGI POWER: quick zoom, one shot preset, zoom limit, auto cruising zoom, а также с выбором режимов и скорости масштабирования; HTs18x4,2BERM -модель с экстендером 2х.
Линейка объективов для камер ТВЧ формата 1/2" фирмы Fujinon (HSs18x5,5BRD, HS16x4,6BERM, XS13x3,3BRM, XS17x5,5BRM) имеет систему внутренней фокусировки, выполнена по GO-технологии, позволившей оптимизировать оптические схемы и улучшить на 20-30% все оптические характеристики по сравнению с объективами стандартного телевидения. Использование новейших оптических материалов, высокое значение MTF, наличие цифрового блока управления позволяет использовать эти объективы для большинства видов съемок, а также для видеоконференций (модель HSsl8x5,5BMD с дистанционным управлением).
Объектив фирмы Fujinon HA16x6,3ERM для камер видеожурналистики ТВЧ (2/3"), объединивший широкий угол (74° по горизонтали) и высокую кратность (М=16х), предлагает операторам единственный вариант для большого диапазона разнообразных видов съемок (новостей, для малых студий и др.). Он оснащен системой полностью автоматического цифрового управления объективом DIGI POWER, включающей: точный контроль функции масштабирования, функцию Quick Zoom для быстрой установки фокуса и масштабирования, Zoom limit для выбора границ масштабирования в диапазоне от "wide" до "tele", Quick Frame - возможность быстро установить нужный кадр при ручном масштабировании и др.
Новая серия HDgc экономичных объективов фирмы Canon удовлетворяет требованиям получения изображений высокой четкости для цифрового телевещания. Серия HDgc-Lenses (general class) объективов разработана для камер форматов 2/3", 1/2" и 1/3". Объективы данной серии имеют высокий коэффициент функции передачи модуляции, высокое разрешение и контраст при компактных габаритах по сравнению со стандартным вещанием. В частности, если для вещательных объективов Canon стандартное разрешение в зависимости от тестовой частоты камеры SD составляет от 24 до 48 л/мм, то для камер ТВЧ фактическое разрешение объективов серии HDgc доходит до 100 л/мм.
Объективы серии HDgc с расширенными цифровыми функциями для 2/3" и 1/2" камер состоят из следующих моделей: KJ21ex7,6BIRSE, KJ16ex7,7BIRSE и KJ10ex4,5BIRSE (2/3" формат) и KH21ex5,7IRSE, KH16ex5,7IRSE, KH10ex3,6IRSE для 1/2" формата. Все эти объективы выполнены из экологически чистых материалов, имеют двухкратный экстендер и оснащены усовершенствованным сервоприводом цифрового управления. Новая конструкция сервопривода обеспечивает оперативный доступ к основным цифровым функциям, которые включают: Shuttle Shot (переключение между двумя режимами масштабирования), Framing Preset (предварительная настройка кадра), Speed Preset (настройка скорости масштабирования), а также выбор режимов масштабирования и запоминание девяти наборов пользовательских настроек. Технология е-Drive позволяет операторам программировать функции масштабирования и фокусировки, выбирать ручное, цифровое или полностью автоматическое управление, дающее дополнительные возможности для творческой съемки.
Серия экономичных объективов (без экстендера) пополнилась следующими моделями - KJ20x8,5BKRS, KJ13x6BKRS (формат 2/3"), KH20x6,4KRS, KH19x6,7KAS, KH13x4,5KRS (формат 1/2") и KT20x5BKRS (формат 1/3"). В этих объективах используются специальное стекло и асферические линзы, минимизирующие хроматические аберрации, а процесс их изготовления стал намного точнее.
Фирма Thales Angenieux также выпускает экономичные вещательные объективы серии HD-E для камер ТВЧ формата 2/3". Линейка данной серии состоит из многофункционального объектива 19x7,3AIF, широкоугольного 10x5,3AIF и широкодиапазонного 26x7,8AIF. Они выпускаются в трех версиях: модель SMD - с двухкратным экстендером и стандартной цифровой системой управления, SSD -с двухкратным экстендером и встроенной системой автоматического управления фокусировкой, SSDE - версия с кодирующими устройствами автоматической системы управления для масштабирования и фокусировки. В них применена технология внутренней фокусировки, а наличие цифрового дисплея, отображающего основные параметры объектива (фокусное расстояние, диафрагма), позволяет операторам добиваться наилучшего качества съемки.
Компания Band Pro, дистрибьютор объективов Carl Zeiss, в 2007 „. представила два новых объектива: DigiPrime 135 мм (максимальное све-топропускание Т1.9) и 52 мм (Т1.6). Эти новые модели с постоянным фокусным расстоянием дополняют популярную линейку объективов DigiPrime, предназначенных для использования с цифровыми камерами, на основе 2/3" ПЗС-матриц. К серии DigiPrime относятся объективы с фокусными расстояниями 3,9 мм (Т1.9), 5 мм (T1.9), 7 мм (T1.6), 10 мм (T1.6), 14 мм (T1.6), 20 мм (T1.6), 28 мм (T1.6), 40 мм (T1.6), 70 мм (T1.6) CF, а также вариообъективы DigiZoom 6-24 мм (T1.9) и Telephoto DigiZoom 17-112 мм (T1.9). Как и все объективы данной серии, новые модели выполнены из стекла с высокими оптическими характеристиками, имеют высокую разрешающую способность от центра к краю изображения, а также снабжены стандартными механическими узлами управления масштабированием, фокусировкой и диафрагмой, благодаря чему достигается значительная четкость изображения. Они обеспечивают полную совместимость с другими объективами семейства Zeiss по цветовым характеристикам.
Для расширения эксплуатационных возможностей видеокамер ВЖ/ВВП объективы оснащаются оптическими устройствами, которые позволяют увеличить угол поля зрения (широкоугольные конвертеры и насадки), увеличить максимальное фокусное расстояние (телеконвертеры), произвести ближнюю съемку при большом увеличении (линзы ближней съемки), создать художественные и специальные эффекты (светофильтры и эффектные насадки). Можно использовать также и специальные адаптеры для установки объективов формата 2/3" на камеры формата 1/2" и 1/3".
В заключение отметим, что основными тенденциями развития телевизионных объективов 2007 г. являются: применение систем точной автофокусировки и технологии оптической стабилизации изображения для более широкой номенклатуры объективов; расширение парка телевизионных объективов для камер ТВЧ (особенно для формата 1/2"); увеличение числа объективов для 1/3" формата с различными характеристиками; дальнейшее совершенствование технических возможностей на базе новейших цифровых технологий и качественных параметров на основе применения новых оптических материалов и оптических схем; быстрая смена устаревших моделей и др.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #1, 2008
Посещений: 16628
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
