IGS-Industrielle Gefahrenmeldesysteme GmbH

Technology for life safety and security

Handbuch zum Thema Videotechnik

Einführung

Steigende Kriminalität fordert ständig steigende Sicherheitsmaßnahmen. Durch den Einsatz einer Videoüberwachungsanlage ist eine Erkennung von Gefahrensituationen und somit die unterstützende Einleitung von entsprechenden Gegenmaßnahmen möglich. Um die vom Kunden geschilderten Probleme mit einem Videosystem lösen zu können ist eine exakte Planung im Vorwege die Grundvoraussetzung. Was immer bei einem Videogerät verkehrt geplant oder montiert wird, kann später bei einem anderen Gerät innerhalb des Systems nicht mehr korrigiert werden, sondern kann bestenfalls in der angebotenen Signalqualität aufrecht erhalten werden. Deshalb ist es wichtig, bereits in der Planungsphase bei jedem Standort / Gerät auf optimale Bedingungen zu achten. Eine gute Qualität ist am Anfang einer Übertragungsstrecke am wichtigsten, da hierauf alle nachfolgenden Signale aufbauen müssen.

Somit ist folgender Grundsatz bei allen Planungs- und Projektierungsüberlegungen zu berücksichtigen:

Das Videosystem in seiner Ganzheit kann nur so gut sein wie das schwächste Glied in seiner Kette.

Der Wert eines Videosystems, und damit die Zufriedenheit des späteren Betreibers, hängt im wesentlichen davon ab, inwieweit das System sich auf die Bedürfnisse des Kunden einstellt. Nur eine gezielte, im richtigen Augenblick zur richtigen Person übertragene Bildinformation ist eine zweckmäßige Information. Zuviel Informationen sind nicht mehr informativ, da diese in ihrer Fülle kaum noch nachzuvollziehen sind. Daraus ergibt sich ein weiterer Grundsatz:

Ein Videosystem darf in seiner Funktionsweise und mit seinen angebotenen Informationen Personal nicht belasten, sondern muss Personal entlasten.

Das Zusammenwirken und die Verknüpfungen aller wichtigen Meldungen mit einem Videosystem stellt für den Betreiber ein Optimum dar, denn nur ein Videobild kann die ganze Situation sofort zeigen und sagt mehr als 1000 Worte. Ein richtig projektiertes Videosystem reduziert somit die Reaktionszeit durch bessere Effizienz und damit die Kosten in einem möglichen Schadensfall.

Kameratechnik

Das folgende Blockschaltbild soll Ihnen die grundsätzliche Funktionsweise einer CCD – Kamera vermitteln:

Blockschaltbild einer CCD - Kamera

CCD-Aufnahmesensor

Der CCD – Sensor (CCD = charge-coupled-devices) wandelt das durch das Objektiv einfallende Licht in elektrische Ladungen um, die anschließend über eine Signalaufbereitung und Verstärkerstufen aufbereitet werden und dem Videosignalausgang (BNC-Buchse) als Bildsignal zur Verfügung gestellt werden. Das Bildsignal (BAS bei s/w; FBAS bei Farbe) ist auf einem Pegel von 1 Vss (+/- 15 %) an 75 W genormt.

Die Ausleseimpulse zur Signalerzeugung im CCD-Chip werden im Timing – Generator erzeugt und anschließend über eine Treiberstufe an das CCD-Chip weitergeleitet. Eine evtl. angeschlossene externe Synchronisation (Linelock) kann ggf. direkten Einfluss auf den Timing – Generator ausüben, so dass die Synchronisationssignale mehrerer im System angeschlossenen Kameras das gleiche zeitliche Verhalten aufweisen.

CCD – Bildaufnahmesensoren der CCD-Kameras werden in verschiedenen Größen hergestellt, wobei die Größe des CCD - Chips (Diagonale) in den technischen Daten als Kameraformat in Zoll angegeben wird. Der CCD – Bildaufnahmesensor hat die Aufgabe, das durch das Objektiv einfallende Licht in elektrische Ladungen zu wandeln. Aus den gewonnenen elektrischen Ladungen wird später in der Kameraelektronik das Videosignal zusammengesetzt. Auf dem CCD-Chip sind die lichtempfindlichen Bildpunkte (Pixel) untergebracht, die zum Bildaufbau erforderlich sind. Je mehr Pixel zum Bildaufbau zur Verfügung stehen, desto höher ist die Detailerkennbarkeit (Auflösung) der Kamera. Da die Auflösung der Kameraeinheit auch durch das verwendete Objektiv beeinflusst wird, ist der Einsatz eines größeren CCD-Chips grundsätzlich vorteilhafter. Hier kann annähernd mit 60 Linien Objektauflösung je mm Chipbreite kalkuliert werden.

Auflösung der Kamera

Die Auflösung der Kamera ist, neben der Angabe der Lichtempfindlichkeit, sicherlich die wichtigste Angabe zur qualitativen Bewertung einer CCD – Kamera. Die erzielbare Auflösung einer Kamera ist der Maßstab für die mögliche Detailerkennung. Mit steigender Auflösung wächst auch die Detailerkennbarkeit. Die Auswahl für eine standardauflösende oder für eine hochauflösende CCD-Kamera hängt in erster Linie von der Situation ab, die mittels der Kamera darzustellen ist. Für eine Situation, die eine hohe Detailerkennung erfordert, ist eine hochauflösende CCD – Kamera einzusetzen. Die Auflösung einer Kamera wird in erster Linie durch die Anzahl der lichtempfindlichen Bildpunkte (Pixel) bestimmt, die auf dem CCD – Bildaufnahmesensor untergebracht sind. Mit steigender Pixelanzahl nimmt auch die horizontale Auflösung zu.

Zur Ermittlung der Auflösung einer Kamera ist ein Auflösungstestbild (Resolution Chart) formatfüllend auf dem Monitor darzustellen. Hierbei empfielt sich der Einsatz einer Lichtbox, da die Ermittlung der Kameraauflösung mit einer fest definierten Beleuchtungsstärke erfolgen sollte. Die horizontale Auflösung ist in horizontalen Linien anzugeben und ist ein Maßstab für die horizontale Detailerkennbarkeit, die mit dieser Kamera gerade noch erzielt werden kann. Die Ermittlung erfolgt anhand der noch erkennbaren senkrechten Linien, die am Testbild abgelesen werden können. Die vertikale Auflösung kann außer Acht gelassen werden, da das Monitorbild grundsätzlich aus 625 Zeilen aufgebaut ist. Die vertikale Auflösung ist somit durch die Fernsehnorm begrenzt und soll hier nicht weiter erläutert werden.

Auflösung einer Videokamera

Synchronisation von Kameras

Da die Ablenkung des Elektronenstrahls in der Bildröhre des Monitor mittels Synchronisationssignalen gesteuert wird, muss das Videosignal der Kamera zusätzlich mit horizontalen und vertikalen Synchronisationsimpulsen versehen und gemeinsam mit dem Bildinhalt zum Monitor übertragen werden. Diese Synchronisationssignale steuern somit direkt die Ablenkung im Monitor, so dass das Bild auf die Bildröhre geschrieben werden kann. Wenn zwei oder mehrere Kamerasignale über einen Kameraumschalter auf einen Monitor geschaltet werden, muss sich der Monitor jeweils nach der Umschaltung zum nächsten Kanal auf das neue Synchronisationssignal einstellen. Dies löst ein einmaliges vertikales Durchlaufen des Bildes auf dem Monitor aus, sofern die angeschlossenen Kameras untereinander nicht im Gleichtakt (synchron) arbeiten. Die Synchronisation von Kameras ist jedoch zwingend erforderlich, sofern im System mit mehreren Kameras ein Aufzeichnungssystem eingebunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass keinerlei Bildinformationen verloren gehen bzw. keine Verzerrungen bei der Wiedergabe entstehen. Auch ist eine Weiterverarbeitung in der Bildauswertung gewährleistet.

Grundsätzlich lassen sich die folgenden drei Synchronisationsarten unterscheiden:

- Linelocksynchronisation 
- HD/VD-Synchronisation 
- (F)BAS-Synchronisation

Die HD/VD-Synchronisation sowie die (F)BAS-Synchronisation werden, aufgrund des erhöhten Verkabelungsaufwandes, in der Regel nicht mehr verwendet, so dass hier ausschließlich die Funktion der Linelock-Synchronisation erläutert wird.

Um eine möglichst einfache externe Synchronisation, ohne erhöhten Verkabelungsaufwand, zu erreichen werden die Kameras über die 50 Hz Netzfrequenz synchronisiert. Sie beginnt jeweils beim gleichen Spannungsabfall (Nulldurchgang) der 50 Hz Wechselspannung mit dem Taktimpuls. Somit ist sichergestellt, dass alle im System angeschlossenen Kameras zum gleichen Zeitpunkt ein neues Bild auf den Monitor schreiben. Der Monitor muss sich so nicht mehr auf sich ständig ändernde Synchronisationssignale verschiedener Kamerasignale einstellen und das vertikale Durchlaufen der Kamerabilder im Umschaltvorgang eines evtl. angeschlossenen Matrixsystems wird vermieden. Bei Einsatz einer 12 V DC Kamera ist hierzu ein separates Linelock – Signal (50 Hz) aus dem Netzteil an die Kamera anzuschließen. Bei einer 24 V AC oder 230 V AC Kamera wird das 50 Hz Signal zur Kamerasynchronisation direkt aus der Betriebsspannung gewonnen.

Kamerasynchronisation

Im Auslieferungszustand sollten Kameras so abgeglichen sein, daß die Synchronisation stets im Nulldurchgang der Wechselspannung erfolgt. Eine Phasenjustierung durch den Kunden ist dann nicht erforderlich, sofern alle im System befindlichen Kameras an der gleichen Netzphase angeschlossen werden. Befinden sich die Kameras an unterschiedlichen Phasen (Phasenversatz +/- 120°), so muß eine kundenseitige Phasenanpassung durch das an der Kamera vorhandene Einstellpotentiometer „V-Phase“ erfolgen.

Backlight / Gegenlichtaustastung

Bei einer starken Hintergrundbeleuchtung regelt die Kamerastation die Lichtverhältnisse automatisch über den gesamten Bildbereich. Das Ergebnis ist insgesamt eine Abdunklung des Bildes, so dass keine Details im Vordergrund mehr zu erkennen sind. Hierzu sind hochwertige Kameras mit einer Backlight – Funktion (BLC) ausgestattet, die eine Aufhellung des Bildes um ca. eine Blendenstufe hervorruft. Somit können die Details im Vordergrund wieder erkannt werden. Die zusätzliche Aufhellung des Hintergrundes wirkt sich in der Regel nicht störend aus, da aus diesem Bildbereich meist keine Informationen von Bedeutung sind. Den Effekt der Backlight – Funktion können Sie an den folgenden Videobildern erkennen:

Backlight – Funktion

Sollte die Backlight – Funktion nicht das gewünschte Ergebnis erzielen, so ist oftmals der Einsatz einer Gegenlichtaustastung vorteilhaft. Bei diesem Verfahren werden die hellen Bildbereiche (z. B. Autoscheinwerfer) dunkelgetastet (invertiert), so dass die Regelung der Kameraeinheit nicht mehr störend durch den starken Gegenlichteinfluss beeinträchtigt wird.

Lichtempfindlichkeit von Kameras

Die Lichtempfindlichkeit einer Kamera ist neben der Angabe der Kameraauflösung, sicherlich die wichtigste Angabe zur qualitativen Bewertung einer CCD-Kamera. Sie gibt die Beleuchtungsstärke in Lux an, die erforderlich ist, um ein entsprechendes Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren zur Ermittlung der Mindestbeleuchtungsstärke einer Kamera ist zur Zeit jedoch nicht genormt, so dass sich die Angaben verschiedener Hersteller nur bedingt miteinander vergleichen lassen. Folgende Ermittlungsmethoden für die Mindestbeleuchtungsstärke sind beispielsweise verbreitet:

- Mindestbeleuchtungsstärke bei 100 % Signalpegel am Videoausgang
- Mindestbeleuchtungsstärke bei 30 % Signalpegel am Videoausgang
- Mindestbeleuchtungsstärke bei 10 % Signalpegel am Videoausgang

Auch finden wir häufig die Angabe der Mindestbeleuchtungsstärke am CCD-Chip. Hierbei ist die Empfindlichkeit um den Faktor 10 höher angegeben, da bei einem Objektiv mit einer Blendenöffnung F 1,4 nur 1/10 der Beleuchtungsstärke auf den CCD-Chip der Kamera gelangt.

Shutter-Steuerung

Über die Shuttersteuerung wird die Belichtungszeit des CCD – Bildaufnahmesensor geregelt. Wie beim Fotoapparat kann somit die einfallende Lichtintensität beeinflusst werden. Da die Objektivblende jedoch nicht ständig auf- und zugesteuert werden kann (der mechanische Verschleiß wäre nicht akzeptabel) wird die Belichtungszeit, und somit die Lichtintensität, auf elektronischem Wege über die Shutterregelung gesteuert.

Manuelle Shuttersteuerung: Bei der manuellen Shuttersteuerung wird über die Einstellung der Kamera eine feste Shutterzeit ausgewählt, um bewegliche Objekte stehend wiedergeben zu können. Bei ausgeschalteter Shutterfunktion (1/50 Sekunde) würde ein bewegliches Objekt nicht scharf auf dem Monitor dargestellt werden können. Je nach Geschwindigkeit des beweglichen Objektes (im Verhältnis zum Blickwinkel) können unterschiedliche Shutterzeiten gewählt werden. Je kleiner die manuelle Shutterzeit, um so eher werden bewegliche Objekte auf dem Monitor scharf dargestellt. Durch die Verringerung der Shutterzeit wird aber auch die Belichtungszeit der Kamerastation immer weiter herab gesetzt, so dass eine größere Beleuchtungsstärke benötigt wird.

Automatische Shuttersteuerung: Da die unterschiedlichen Shutterstufen direkten Einfluß auf die Beleuchtungsstärke haben, kann die gesamte Lichtregelung der Kamera über diese Funktion gesteuert werden. Hierzu ist in den meisten Kameras eine automatische Shutterregelung integriert, die einen gesamten Regelumfang von 1/50 Sekunde bis ca. 1/100000 Sekunde aufweisen sollte, um auch bei großer Lichtintensität entsprechend abregeln zu können. Die Lichtregelung über den automatischen Shutter sollte nur erfolgen, sofern man Objektive ohne automatische Blendensteuerung einsetzt. Die automatische Shutterregelung ist zu aktivieren, sofern aus Preisgründen Objektive ohne Blende zum Einsatz kommen

Day- / Night-Kameras (Multispektral)

Day-/Night-Kameras (Multispektral) sind in der Lage Farb- und S/W-Signale zur Verfügung zu stellen. Hierzu schaltet die Kamera bei Reduzierung der Beleuchtungsverhältnisse von Farb- auf S/W-Betrieb um und kann dann als "lichtstarke S/W-Kamera" mit zusätzlicher Infrarot-Beleuchtung (IR) betrieben werden. Der Einsatz von diskreter (nicht sichtbarer) Infrarot-Beleuchtung ist nur mit S/W-Kameras bzw. mit dieser Spezialkamera (Multispektral) möglich. Damit der störende Infrarotlicht – Anteil bei einer Farbkamera nicht auf das CCD – Chip der Kamera gelangt, wird ein IR – Cutfilter eingesetzt, der die Wellenlänge des Lichtes auf einen Bereich von ca. 380 – 660 nm begrenzt. Der Bereich der Infrarotbeleuchtung beginnt bei ca. 760 nm.

Sie sehen hier die Spektralkurven des neuen HQ Interline Transfer CCD Chips (Sensor) und des neuen Overlay Low Pass Filter , der sich vor dem CCD Chip befindet:;

Spektralkurven

Sie sehen hier die Spektralkurven des HQ Interline Transfer CCD Chips (Sensor) und des neuen Overlay Low Pass Filter , der sich vor dem CCD Chip befindet. Die relative Empfindlichkeit (vertikale Achse) wird in Prozent und die Wellenlänge (horizontale Achse) wird in nm angegeben. Der OLPF erreicht im Bereich von 380 – 680 nm, also den für das menschliche Auge sichtbaren Bereich, eine optimale relative Empfindlichkeit und sorgt so für eine sehr farbgetreue Bildwiedergabe. Bei etwa 680 nm setzt ein sogenannter Cut ein. Dieser Cut ist für einen störungsfreien Übergang von Normallicht zu I. R. Beleuchtung erforderlich und hat eine Wellenbreite von etwa 100 nm. Der OLPF setzt dann bei etwa 780 nm wieder ein und erreicht bereits bei ca. 820 nm seine maximale relative Empfindlichkeit. Durch sehr hohe relative Empfindlichkeit des CCD Chips über den gesamten Spektralbereich, können bei kürzeren bis mittleren Distanzen auch I. R. Strahler ab z. B. 730 nm (glossy red) Wellenlänge eingesetzt werden. Um die maximale Empfindlichkeit (Durchlässigkeit) des Filters (OLPF) optimal ausnutzen zu können, empfehlen wir den Einsatz von I. R. Strahlern, die im Bereich von 830 nm bis 880 nm arbeiten. Um die mögliche Unschärfe beim Wechsel von Normallicht auf I. R. Licht zu eliminieren, empfehlen wir den Einsatz von I. R. korrigierten Objektiven auf den Multispektralkameras. Da die Multispektralkamera auch am Tage einen gewissen Infrarotanteil durch den Spezialfilter hindurchlässt, kann es ggf. zu einer leichten Farbverfälschung kommen. Dieser Effekt ist nicht als Fehlfunktion sondern als Kompromisslösung anzusehen.

Modulationstiefe

Die Modulationstiefe bestimmt aus den Parametern Auflösung und Kontrastwidergabe die Fähigkeit Helldunkelkontraste entsprechend ihrer räumlichen Verteilung abzubilden. Hierzu wird der Kontrast des Signals bei zunehmender Ortfrequenz bewertet. Die Ermittlung der Modulationstiefe erfolgt über ein Testbild, das aus hellen und dunklen Linien mit zunehmender Frequenz besteht. Optimal wäre eine Modulationsübertragung von 100%, wobei der Bildkontrast dem Originalkontrast entsprechen würde. In der Praxis nimmt jedoch die Modulationstiefe mit zunehmender Frequenz (Details!) ab. Dies ist gleichzusetzen mit einer Abnahme des Kontrastes bis zu einem einheitlichem grau. Die Modulationstiefe verringert sich somit zunehmend gegen null, so dass das Auflösungsvermögen begrenzt ist.

Blooming

Der Blooming – Effekt entsteht durch eine „Überdosis“ Licht , welches durch das Objektiv auf die Pixel des CCD – Sensors einwirken und die maximale Spannung erzeugen. Diese max. Spannung wird bei der A/D – Wandlung in weiß umgesetzt, so dass helle Flächen ohne Inhalt dargestellt werden. Die entstehende Überladung schwappt auf benachbarte Pixel des CCD – Sensor über, so dass auch diese überfüllt werden und der eigentliche Bildinhalt dieses Motivs nicht mehr dargestellt werden kann. Besonders anfällig für Blooming – Effekte sind beispielsweise stark reflektierende Objekte wie Glas, Chrom oder verspiegelte Gegenstände.

AGC (Automatische Verstärkungsregelung)

Die AGC ist ein Schaltkreis innerhalb Kamera, der bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen versucht den Ausgangspegel von 1 V / 75 Ohm am Ausgang der Kamera aufrecht zu erhalten. Je geringer die Beleuchtungsverhältnisse, desto größer die Verstärkungsregelung der AGC. Allerdings nimmt mit zunehmender Verstärkung auch das Rauschen der Kamera zu, da dieses um den gleichen Faktor mitverstärkt wird, wie das eigentliche Bildsignal.

Objektivtechnik

Der richtige Bildausschnitt

Um das richtige Objektiv auszuwählen, sind zunächst nähere Angaben über die örtlichen Gegebenheiten in einem Planungsgespräch ausfindig zu machen. Hierzu sind die gewünschten Bildausschnitte (Blickwinkel) der Kamerastationen möglichst in die vorliegenden Grundrisspläne des Kunden einzuzeichnen, denn nur der Betreiber weiß, welche Bereiche für ihn wichtig sind. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Bildausschnitte nicht größer als notwendig gewählt werden, da die Detailerkennung mit steigendem Bildausschnitt geringer wird. Der gewählte Bildausschnitt sollte so klein wie möglich sein, denn um so besser sind die Einzelheiten im Bild zu erkennen.

Bildausschnitt

Neben dem Bildausschnitt ist die Auflösung der Kamera der zweite wichtige Faktor über die Detailerkenntlichkeit.

Objektivarten

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 eigentliche 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.

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. Beachten Sie hierzu bitte auch die Hinweise im Abschnitt „Einstellungen“. 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.

ES - 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 eines Vergleichssignal - Verstärkers gesteuert. ES - Objektive haben somit immer einen elektrischen Anschluss an die Kamera, um das Vergleichssignal an das Objektiv zu führen. Nehmen die Beleuchtungsverhältnisse ab, so reduziert sich auch die Amplitude des Vergleichssignals, welches aus der Kamera gewonnen wird, und die Blende des 7Objektives kann entsprechend weiter aufgeregelt werden, um entsprechend entgegenzuwirken.

Die elektrische Anpassung zwischen Objektiv und Kamera erfolgt mittels eines Potentiometers (Level) an dem Objektiv. Beachten Sie hierzu bitte auch die Hinweise im Abschnitt „Einstellungen“. 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.

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.

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.

Lichtstärke und Blendenzahl von Objektiven

Neben der Brennweite (f in mm) ist die Lichtstärke das wichtigste Auswahlkriterium für ein Objektiv. Hierzu wird grundsätzlich die maximale Blendenöffnung (kleinster F - Wert) in den technischen Daten des Objektives angegeben. Je kleiner der F-Wert desto lichtempfindlicher ist das Objektiv. Rechnerisch kann die Lichtstärke über folgende Formel ermittelt werden:

Lichtstärke und Blende

Die Blendenwerte (F - Werte) der Objektive sind genormt und ergeben durch Multiplikation mit Ö2 den nächst höheren Blendenwert (1; 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6 usw.). Die Öffnungsfläche der Blende halbiert sich bei jeden Sprung auf den nächsthöheren Blendenwert.

Brennweite (f)

Über den ermittelten Bildausschnitt kann die erforderliche Brennweite aus einer Tabelle abgelesen werden. Der Bildausschnitt ergibt hierbei die direkte Information über den erforderlichen horizontalen Blickwinkel. Dieser wiederum gibt Aufschluss über die Bildbreite des Objektes, die später auf dem Monitor zu sehen ist. Beachten Sie hierbei jedoch, dass der horizontale Blickwinkel in Abhängigkeit zu der eingesetzten CCD-Chipgröße steht. Die Brennweite (f) eines Objektives wird grundsätzlich in mm angegeben.

Objektive sind für ein bestimmtes Bildformat (1/3“, 1/2“, ...,) konstruiert. Sie können zusammen mit Kameras mit einem kleinerem oder gleichem Bildformat eingesetzt werden, jedoch nicht auf einem größeren Bildformat. In diesem Fall würden Abschattungen in den Eckbereichen des Bildschirms sichtbar.

- 1/3“ Objektiv: Einsatz auf 1/3“ und ¼“ Kameras 
- 1/2“ Objektiv: Einsatz auf ½“, 1/3“ und ¼“ Kameras usw.

Vorteilhaft ist der Einsatz einer Kamera mit einem Objektiv eines größeren Formates. da nur das Zentrum des Objektives verwendet wird, wo die Optik schärfere Bilder liefern kann. Die Auflösung und somit die Bildqualität kann somit gesteigert werden.

Auflagemaßeinstellung zwischen Kamera und Objektiv

Das Auflagemaß ist der genormte Abstand zwischen Abbildungsebene des CCD – Sensors und der optischen Ebene des Objektives. Grundsätzliche bestimmt dieser Abstand die Bildschärfe der Kamerastation, da bei einer Abweichung von diesem genormten Abstand der Fokus aus dem Brennpunkt abweicht. Es muss zwischen folgenden beiden Normen unterschieden werden:

- C-Mount Abstand 17,526 mm 
- CS-Mount Abstand 12,5 mm.

Über einen Adapterring kann eine Kamera, die ein CS-Mount-Gewinde besitzt, auch mit C-Mount-Objektiven betrieben werden.

Auflagemaßeinstellung

Die Auflagemaßeinstellung sollte nur dann erfolgen, wenn ein Objekt im Nah- oder Fernbereich durch Einstellen des Fokusringes am Objektives nicht optimal scharf gestellt werden kann. In diesen Fällen ist wie folgt zu verfahren: Verwenden Sie zur Auflagemaßeinstellung bei ES/DC-Objektiven stets einen ND-Filter, um die Blende ganz zu öffnen. Hierdurch erhalten Sie zur Auflagemaßeinstellung immer den kleinsten Schärfentiefebereich, um die Justierung so genau wie möglich durchführen zu können.

Fokussieren des Kameraobjektives

Nachdem der richtige Bildausschnitt eingestellt und die Kamera fixiert wurde, ist der Fokus einzustellen. Die Fokuseinstellung muss bei völlig geöffneter Blende (Objektiv) erfolgen, da das Objektiv dann den kleinsten Schärfentiefebereich hat. Würden Sie die Fokussierung bei nicht völlig geöffneter Blende durchführen, so würde das Bild bei späterer Verringerung der Beleuchtungsverhältnisse unscharf werden (Effekt: Bild am Tag scharf, abends unscharf). Hierzu muss bei der Fokussierung zwingend eine Graufilterscheibe (ND-Filter) vor das Objektiv gehalten werden, sofern es sich um ein Objektiv mit automatischer Blendensteuerung (ES - oder DC – Objektiv) handelt. Bei voll geöffneter Blende verändert man nun den Fokus durch Drehen am Fokusring des Objektives. Stellen Sie den Fokus mit Hilfe eines Service – Monitors so ein, dass der wichtigste Bereich im Bild scharf erscheint. Ist eine Scharfstellung nicht möglich, so muss das Auflagemaß korrigiert werden.

Soll die Kamera später auch mit diskreter (nicht sichtbarer) Infrarot – Beleuchtung (IR) eingesetzt werden, so muss für die Zeit der Fokussierung zusätzlich zur Graufilterscheibe auch ein IR – Durchlassfilter eingesetzt werden. Dadurch wird erreicht, dass ausschließlich IR – Licht zum Aufnahmesensor der Kamera durchgelassen wird und die Fokussierung nur auf dieses Licht erfolgt. Hierbei ist zu beachten, dass sich der Schärfebereich, aufgrund der unterschiedlichen Spektralbereiche der Lichtquellen sehr stark verschieben kann. IR – Beleuchtung kann grundsätzlich nur mit S/W – Kameras und sogenannten Tag / Nacht – Kameras eingesetzt werden.

Die Schärfentiefe

Die Fokussierung des Objektives auf ein Objekt kann nur auf einen bestimmten Abstand erfolgen. Der Abstand, der zusätzlich vor und hinter dem fokussierten Objekt scharf dargestellt werden kann, nennt man Schärfentiefebereich. Der Schärfentiefebereich entspricht dem Abstand zwischen dem kürzesten und weitentferntesten Motivteil, in dem noch alles scharf abgebildet wird. Der Schärfentiefebereich wird jedoch von zwei Faktoren beeinträchtigt:

1. Je kleiner die Blendeneinstellung des Objektives, desto größer ist der Schärfentiefebereich. 
2. Je größer die verwendete Objektiv - Brennweite, desto geringer ist der Schärfentiefebereich. 
3. Je weiter sich die Kamera vom Objekt entfernt, desto größer wird der Schärfentiefebereich.

Potentialunterschiede

Potentialunterschiede entstehen durch unterschiedliche Potentiale auf dem Erdleiter, der mit dem Gehäuse von 230 V AC betriebenen Videokomponenten (z. B. Monitor) verbunden ist. In diesem Fall fließt ein Potentialausgleichsstrom über die Abschirmung (Masse) des Koaxialkabels.

Beispiel für eine Brummschleife

Es kommt zu einer Verbrummung (Brummschleife) die sich störend auf dem Bildschirm darstellt (siehe Abbildung). Um festzustellen, ob es sich tatsächlich um einen Potentialunterschied handelt, trennen Sie kurzzeitig das betroffene Gerät vom Erdungsanschluss. Ein evtl. Potentialausgleichsstrom kann durch Trennen vom Erdungsanschluss nicht mehr fließen, die Störung auf dem Monitor scheint beseitigt. Abhilfe ist durch Einsatz eines Optokopplers oder eines Videotrenntrafos in die betroffene Videoleitung zu schaffen, wodurch eine galvanische Trennung der unterschiedlichen Potentiale geschaffen wird. Der Erdungsanschluss ist auf jeden Fall wieder herzustellen (VDE!)

Die Video – Norm (CCIR)

Das Auslesen eines CCD – Sensors wird durch die CCIR – Norm festgelegt, die das zeitliche Verhalten und die Signalamplituden zur Übertragung vorschreibt. Um eine flimmerfreie Bildwiedergabe zu erhalten, arbeitet diese Norm nach dem Interlaced – Verfahren (Zeilensprungverfahren). Dies bedeutet, dass ein Videovollbild (Frame) in zwei Halbbilder (Fields) aufgeteilt und zeilenversetzt ausgegeben wird. Damit verdoppelt sich die Bildwechselfrequenz und die Bildwiedergabe ist nahezu flimmerfrei. Da für den Rücklauf des Elektronenstrahls im Monitor (Bildwechsel) einige Zeilen verwendet werden, sind in der CCIR – Norm von den 625 Zeilen nur 576 (Frame) bzw. von 312,5 Zeilen nur 288 (Field) sichtbar. Die 312,5 Zeilen von Field 1 und Field 2 werden mit jeweils 50 Hz (20 ms) bei der Videoausgabe am Monitor dargestellt. Die Ausgabe der beiden Halbbilder erfolgt immer zeilenversetzt (interlaced).

Suchen

Alle Darstellungen, Abbildungen und Texte (c) 2017 by IGS-GmbH, D-58135 Hagen Impressum | Datenschutzerklärung | Haftungsausschluss


Mit der Nutzung unserer Seiten erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies verwenden.Mehr erfahren