Verbesserte analoge Videoqualität durch neuen 960H-Standard

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2013, S. 44 bis 45

Hochauflösendes PAL

Die analoge Videotechnik ist trotz des Booms an IP-basierten Lösungen aus dem heutigen Sicherheitsalltag nicht wegzudenken. Im Gegenteil: Sie entwickelt sich weiter. Der hochauflösende Standard 960H ist das beste Beispiel für analoge Innovation. Mit dieser neuen Technologie lassen sich deutliche Qualitätsverbesserungen bei herkömmlichen Videoanlagen erzielen.

Bild: Grundig Security
Vergleich der Auflösungen konventioneller analoger Videotechnik (rechts) mit 960H-Videotechnik (links). (Bild: Grundig Security)

Eine internationale Studie von IMS Research prophezeite erst kürzlich: Die analoge Videotechnik wird noch über viele Jahre auf steigendem Niveau weiter verwendet werden. Die wichtigsten Gründe hierfür sind einerseits die bereits verlegten Koaxialkabel und andererseits die relativ günstigen Komponenten der Systeme.

Um aber dennoch mit den steigenden Anforderungen an Qualität und Auflösung Schritt halten zu können, bedarf es neuer technischer Ansätze. Mit dem Standard 960H (oder auch HD-Analog) gelingt dies ohne massive Neuinvestitionen.

30 Prozent mehr Bild

Bisher verwendete man bei analogen Kameras in der Regel Bildsensoren mit 752 mal 582 Pixeln. Beim 960H-Standard werden in den Kameras hingegen Sensoren mit einer Auflösung von 976 mal 582 Bildpunkten verbaut. Somit besitzen 960H-Bildsensoren zirka 130.000 Bildpunkte mehr als herkömmliche Modelle. Das entspricht einer Erhöhung der Auflösung um etwa 30 Prozent gegenüber mit D1-Technik aufgenommenen Videos.

Die resultierende Auflösung von mehr als 650 TV-Linien in Farbe (700 TV-Linien in Schwarzweiß) ist derzeit die höchste verfügbare Qualität auf dem analogen Markt. Sie äußert sich in der Praxis in Form von mehr Detailerkennung und einer allgemein besseren Bildwiedergabe. Das Bild wird schärfer dargestellt, so dass es leichter ist, nahe beieinander liegende Objekte zu unterscheiden.

Ein weiterer Pluspunkt der Technik: Das Bild muss nicht verzerrt werden, um auf Breitbild-Fernsehern und Monitoren richtig angezeigt zu werden.

Weitere Vorteile

Aus technologischer Sicht liegt der Hauptvorteil des 960H-Standards in der höheren Auflösung. Aber auch der weite Dynamikbereich und eine konstante Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen zählen zu den Vorteilen.

Durch geschickte Anordnung der Leiterbahnen auf den neuen CCD-Chips kann der lichtempfindliche Teil der Sensoren besser ausgenutzt werden. Das bedeutet, dass der 960H-Bildsensor die gleiche Lichtempfindlichkeit besitzt wie niedriger auflösende Chips.

Auch die Stabilität der 960H-Komponenten ist die gleiche wie in herkömmlichen analogen Systemen. Dies ist nur logisch, denn im Laufe der Jahre wurde die ausgereifte analoge Systemtechnik immer weiter perfektioniert, so dass die im täglichen Betrieb Bilder in Echtzeit und ohne Latenz liefert. Dieses Problem ist bei Netzwerkkameras nach wie vor noch nicht vollständig überwunden.

Auf der anderen Seite bietet 960H in der Praxis auch gegenüber HD-SDI einen Vorteil. HD-SDI kann zwar theoretisch Echtzeit-Bilder in HD-Auflösung liefern, jedoch ist längst nicht jedes bereits verlegte Koaxialkabel aus qualitativer Sicht geeignet, um die Signale störungsfrei zu übertragen.

Voll kompatibel

Aus Sicht von Anwendern und Errichtern ist 960H ebenfalls unkompliziert zu nutzen, denn es ist voll abwärtskompatibel zum herkömmlichen PAL-Standard. Werden in einer Videoanlage also die alten analogen Kameras durch 960H-Modelle ersetzt, sind diese uneingeschränkt kompatibel mit den anderen Komponenten.

Die 960H-Kameras nutzen dasselbe BNC-Kabel wie klassische Komponenten mit niedrigerer Auflösung. So spart ein Upgrade auf 960H im Vergleich zu einem komplett neu verkabelten IP-Kamerasystem einiges an Zeit und Geld.

Jedoch ist zu beachten, dass die volle Bildqualität der 960H-Technologie nur zu erreichen ist, wenn alle Komponenten der Videoanlage auf den neuen Standard abgestimmt sind: Kameras, Übertragungswege, Aufzeichnungslösungen und Monitore müssen die höhere Auflösung unterstützen. Ist ein Teil der Komponentenkette nicht auf 960H abgestimmt, entspricht die Bildqualität der bislang bekannten analogen Technik.

Perspektivisch können durch die Kompatibilität bisherige Videoanlagen Stück für Stück auf den neuen Stand gebracht werden. Auch Geräte verschiedener Hersteller können problemlos miteinander kombiniert werden.

Ludwig Bergschneider, Vorstand der ASP AG (Grundig Security).

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Analoge Videosignalübertragung

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2012, S. 46 bis 47

Signalübertragung in analogen Videoanlagen

Wege zum Ziel

Zu einer effektiven Planung einer analogen Videoüberwachungsanlage gehört neben der Betrachtung des Anforderungsprofiles der einzusetzenden Kameras und Aufzeichnungsformen auch die Wahl der Verbindungsleitungen für das Videosignal und die Betriebsspannung. Dabei spielen neben der zu überbrückenden Entfernung auch möglicherweise vorhandene Leitungen und der Installationsaufwand eine wichtige Rolle.

Für das analoge Videosignal kommen vier Übertragungswege in Frage:

  • die Übertragung des Videosignals über Koaxialleitung,
  • die Sonderform Einkabeltechnik,
  • Übertragung über Zwei-Drahtleitung und
  • Funkübertragung.

Digitale Signale in der Videoüberwachung können über Netzwerkleitungen geleitet werden oder mit Einsatz spezieller Konverter auch über Koaxialkabel.

Bild: Monacor
4-Kanal-Funkübertragungset. (Bild: Monacor)

Übertragung per Koaxialleitung

Das am meisten verwendete Verfahren zur Verbindung von Videokomponenten ist eine Verbindung über ein Koaxialkabel. Dabei wird das Videosignal direkt übertragen. Als Kabel wird ein spezielles Videokabel mit einer Impedanz von 75 Ohm verwendet. Neben fertig konfektionierten BNC-Leitungen kann auch Meterware eingesetzt werden, die erst vor Ort mit den richtigen Steckerverbindern ausgerüstet wird. Das Koaxialkabel leitet in diesem Falle das Videosignal zum Recorder, die Stromversorgung der Kamera erfolgt separat.

Wie lang darf das Verbindungskabel sein?

Dies ist die wohl am häufigsten gestellte Frage. Die maximale Leitungslänge hängt von der Dämpfung des verwendeten Leitungstyps ab. Ganz einfach gilt die Faustregel: Je dicker die Leitung, umso geringer die Dämpfung und desto länger darf die verwendete Leitung sein. Dabei sollte die maximale Dämpfung durch die Verbindungsleitung drei Dezibel nicht überschreiten, denn eine Reduzierung eines Signals um drei Dezibel bedeutet eine Halbierung des Pegels. Gerade moderne Digitalrecorder zeigen Bildstörungen wenn der Pegel zu niedrig ist.

Für die am häufigsten verwendete RG-59 Leitung, beträgt die Dämpfung bei fünf Megahertz 2,4 Dezibel pro 100 Meter. Bei zulässigen drei Dezibel Dämpfung beträgt die Kabellänge maximal 125 Meter. Nun ist bei einer Leitungslänge von 126 Metern das Signal nicht gleich verschwunden, es zeigen sich aber mit wachsender Leitungslänge immer weniger feine Details und scharfe Konturen, da die hohen Frequenzen, die diese Signale verursachen, am stärksten gedämpft werden.

Sonderform: Die Einkabeltechnik

Insbesondere in kompakten Kamerasystemen kommt die Einkabeltechnologie zum Einsatz. Dabei wird nur noch ein Kabel zur Kamera geführt. Bei diesen Kamerasystemen erfolgt die Verbindung über eine Koaxialleitung. So werden sowohl das Videosignal wie auch die Betriebsspannung gleichzeitig über die Koaxialleitung übertragen. Die Signale werden in einem jeweils mitgelieferten speziellen Speiseadapter getrennt.

Durch die Einkabeltechnologie wird die Anzahl der zu verlegenden Kabel reduziert und es werden Material- und auch Lohnkosten eingespart. Doch dieses ist nicht der einzige Vorteil. Durch die systembedingte Verwendung von aktiven Bauteilen in den Speiseadaptern, sind längere Leitungswege möglich. Je nach verwendetem Kabeltyp kann die Verbindungsleitung zum Speiseadapter bis zu 500 Meter betragen.

Die Vorzüge der Einkabeltechnik können mit einem Adapter auch für Kameras genutzt werden, die nicht für diese Übertragungsart vorbereitet sind. Solch ein System besteht immer aus zwei Adaptern. Manche können neben Videosignal und Versorgungsspannung auch noch ein Audiosignal übertragen. So sind ebenfalls Signalwege bis 500 Meter realisierbar.

Übertragung per Zwei-Drahtleitung

    Die Übertragung von Signalen über eine Zwei-Draht-Verbindung bietet viele Vorteile:

  • Überbrückung großer Distanzen, mit aktiven Systemen bis 1.500 Meter (Farbsignal),
  • preiswertes Kabelmaterial, CAT-5 UTP Kabel reicht in der Regel aus,
  • Mehrfachnutzung eines Kabels, bis vier Signale über ein CAT-5 Kabel,
  • weniger Störungen durch symmetrische Signalübertragung.

Die Signalübertragung findet über jeweils ein verdrilltes Aderpaar des Kabels statt. Hier liegt einer der Vorteile: Da es in zum Beispiel einer CAT-5100UTP Leitung vier Aderpaare gibt, können auch vier Signale gleichzeitig übertragen werden. Um vier Kamerasignale von einem Lager in ein Büro zu übertragen, müssen nun nicht mehr vier Videoleitungen verlegt werden, sondern nur noch ein CAT-5 Kabel. Jeweils am Ende der CAT-5 Kabel wird in diesem Fall eine passive Vier-Kanal-Übertragungseinheit benötigt.

Ein weiterer Vorteil ist die maximal nutzbare Kabellänge. Bei passiven Zwei-Drahtübertragern beträgt die maximal mögliche Länge 400 Meter bei Farbsignalen und 600 Meter bei S/W-Signalen. Mit aktiven Einzelstrecken sind sogar 1.500 Meter beziehungsweise 2.400 Meter möglich. Neben der Übertragung von Videosignalen ist es mit speziellen Übertragern auch möglich, Audiosignale bis 1.000 Meter oder die VGA-, Mouse-, und Tastatursignale eines PCs oder digitalen Videorecorders bis zu 100 Meter weit zu übertragen.

Funkübertragung

In einigen Fällen ist das Verlegen von Leitungen nicht möglich, zum Beispiel wenn ein Platz oder eine Straße überbrückt werden soll. Hier kommt eine Funkübertragung mit einer Sendefrequenz im Bereich von 2,4 oder 5,8 Gigahertz zum Einsatz. Dabei stehen im 2,4 Gigahertz-Band insgesamt drei von fünf möglichen Kanälen und im 5,8 Gigahertz-Band sechs von 16 möglichen Kanälen gleichzeitig zur Verfügung. Bei der Auswahl des Frequenzbandes muss berücksichtigt werden, dass im 2,4 Gigahertz-Band heute auch W-LAN-Verbindungen hergestellt werden und eine gegenseitige Störung nicht ausgeschlossen werden kann. Diese Frequenzüberschneidung tritt im 5,8 Gigahertz-Band nicht auf.

Eine der meist gestellten Fragen zu Videofunkstrecken ist die Frage nach den erreichbaren Reichweiten. Diese lässt sich allerdings nur schwer vorhersagen. Die Frequenz von 2,4 oder 5,8 Gigahertz durchdringt metallische Hindernisse nicht. An Metallflächen oder Metallgittern wird die Strahlung reflektiert, das heißt in eine andere Richtung abgelenkt. Weitere Hindernisse, wie Mauern, Fenster oder Büsche und Bäume werden zwar durchdrungen, es kommt aber teilweise zur erheblichen Abschwächung des Signals.

Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, sollte daher möglichst sichergestellt sein, dass zwischen Sender und Empfänger kein Hindernis vorhanden ist (Sichtverbindung). Dann sind mit hochwertigen Systemen auch Entfernungen von 250 Metern oder wenn externe Empfangsantennen eingesetzt werden auch größere Reichweiten möglich. Die Dämpfung an Mauern ist auch der Grund, warum die Reichweite in Gebäuden relativ gering ist, gegenüber den großen Reichweiten, die im Freien zu erzielt werden können.

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Test CCTV-Objektive für D1- u. MegaPixel-Auflösung

Testbericht aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2008, S. 24 bis 33

PROTECTOR Test Objektive 2008, Teil 1

Scharfes Linsengericht

Das Objektiv sitzt an entscheidender Position im Überwachungssystem. Wer hier Qualität verschenkt, kann sie später nicht mehr zurückgewinnen. Schon allein deshalb spielt sorgfältiges Abwägen bei der Objektivwahl eine enorm wichtige Rolle.

Mit dem PROTECTOR Test Objektive geben wir Anhaltspunkte und eine Vergleichsbasis für den täglichen Gebrauch. Dazu haben wir eine Auswahl an Modellen gängiger Hersteller getestet und bewertet. Im ersten Teil des Test nehmen wir Standard-Vario-Objektive mit einem Brennweitenbereich von ungefähr drei bis acht Millimeter unter die Lupe und stellen die Ergebnisse in einem Vergleichstest gegenüber. Im zweiten Teil mussten verschiedene Megapixel-Objektive zeigen, ob sie den Anforderungen hochauflösender Bildsensoren genügen. Die Ergebnisse dieser Kategorie haben wir in in einzelnen Tests aufbereitet – ein Vergleichstest wäre hier auf Grund der vielen unterschiedlichen Merkmale bei gleichzeitig relativ wenigen Modellen nicht sinnvoll. Die Messungen und der Testaufbau ähneln sich bei Standard- und Megapixel-Objektiven stark; die geprüften Kriterien sind weitestgehend identisch, nur der Maßstab zur Bewertung weicht ab. Einzelheiten zum Testaufbau und der geprüften Kriterien finden sich im folgenden Kasten.

Testziel und Durchführung

Der PROTECTOR Test Objektive für Videoüberwachungsanlagen 2008 zeigt, was aktuelle Objektive für Überwachungszwecke leisten und wo Stärken und Schwächen der einzelnen Modelle liegen. Hierzu wurden die Objektive einer ausgiebigen Prüfung im Testlabor unterzogen. Diese beeinhaltete eine MTF-Messung (Erklärung siehe Glossar) für zehn, 20 und 40 Linienpaare pro Millimeter bei offener Blende und verschiedenen Bildhöhen, eine Messung der Vignettierung bei offener Blende, die Messung des Falschlichtanteils und die Ermittlung der Verzeichnung. Bei Vario-Optiken erfolgte die Messung jeweils bei kleinster und größter Brennweite.
Mit der Durchführung wurde das Testlabor Testfactory in Stuttgart beauftragt. Die Testfactory ist nach DIN EN 45001 sowie nach DIN EN ISO 9001 akkreditiert und damit einem weltweit anerkannten Qualitäts-, Kontroll- und Normierungsprozess unterworfen. Durch diese Verbindung von langjähriger Erfahrung mit neuesten Messgeräten wird ein Optimum an Know-how und Objektivität erreicht.

Kontakt: Testfactory, Leuschnerstraße 1, D-70174 Stuttgart, www.testfactory.de

Allrounder im Vergleich

Der gängige Brennweitenbereich von etwa drei bis acht Millimeter ist für viele Anwendungen in der Videoüberwachung geeignet. Zu berücksichtigen ist aber: An Kameras mit 1/4 Zoll Sensoren wird der Bildwinkel enger, an solchen mit 1/2 Zoll Sensoren weiter. Diese Klasse an Allround-Vario-Objektiven wurde in unserem Test jeweils bei kleinster und größter Brennweite geprüft. Je nach Kriterium unterscheiden sich die Ergebnisse im Weitwinkelbereich deutlich von denen im Telebereich. Am sichtbarsten wird es bei der Verzeichnung. Bei allen Objektiven ist bei der Anfangsbrennweite um 3,0 Millimeter eine recht markante, tonnenförmige Verzeichnung zu erkennen. Diese starke Verzeichnung im Weitwinkelbereich scheinen die Hersteller bewusst in Kauf zu nehmen, um einen größeren Winkel abbilden zu können. Die Objektive nähern sich hier dem Prinzip einer Fischaugenoptik, die auch einen möglichst großen Bereich auf Kosten der Verzeichnung abdeckt. Im Telebereich sind die Messwerte fast ausschließlich als gut zu bewerten.

Hintergrund: Objektivtypen

Grundsätzlich kann man drei Objektivtypen unterscheiden: Festbrennweite, Zoom- und Vario-Objektiv.
Festbrennweitige Objektive zeichnen sich in der Regel durch eine hohe Lichtstärke, eine kompakte Bauform und geringes Gewicht aus. Allerdings ist der Aufnahmewinkel fix, so dass verschiedene Bildausschnitte nur durch Veränderung der Distanz zwischen Objekt und Kamera gewählt werden können.
Zoom-Objektive decken einen größeren, wählbaren Brennweitenbereich ab. Sie ermöglichen gleichzeitig einen Überblick über ein größeres Gebiet und ein Vergrößern von Details. Dieser Brennweitenbereich bildet den sogenannten „optischen Zoom“. Meist sind Zoom-Objektive mit Motoren für die Steuerung von Brennweite, Fokus und/oder Blende ausgestattet.
Vario-Objektive sind einfacher konstruiert als Zoom-Objektive und müssen bei Veränderung der Brennweite nachfokussiert werden. Allerdings sind sie kompakter, leichter und oft auch günstiger als Zoom-Objektive.

Bei den Falschlichtmessungen liegen im Telebereich ausnahmslos alle Objektive unter einem Prozent und erreichen damit einen sehr guten Wert. Im Weitwinkelbereich bleibt dies bei den meisten Modellen so, einige pendeln sich auf gutem Niveau ein. Die Vigenttierung ist bei allen Objektiven nahezu unsichtbar, sofern man einen Sensor passender Größe verwendet. Da sie sich unterhalb von 0,5 Blendenstufen bewegt, bleibt sie auch visuell fast nicht wahrnehmbar.

Spreu und Weizen

Die MTF-Messungen offenbaren Stärken und Schwächen der einzelnen Optiken. Um aber wirklich die Spreu vom Weizen trennen zu können, muss man die Messwerte und Grafiken differenziert betrachten. Die Ergebnisse für Kontrast und Auflösung unterscheiden sich teilweise stark zwischen Zentrum, Feldmitte und Rand des Objektivs. Hinzu kommt, dass die Werte für sagitale und tangentiale Messung abweichen. Weitere Einzelheiten zu jedem getesteten Objektiv finden sich daher in den entsprechenden Kästen auf den folgenden Seiten. Hintergrundwissen zur Messung der Modulations-übertragungsfunktion (MTF) und zur Deutung der Grafiken haben wir im folgenden Kasten zusammengefasst.

Modulationsübertragungsfunktion / MTF

Die Modulationsübertragungsfunktion oder Modulationstransferfunktion (MTF) beschreibt die Qualität der Abbildung eines bildgebenden Systems (Objektiv, Teleskop, Mikroskop).

Bild 1

Bei der Messung wird eine Testvorlage mit schwarzweißen Linienpaaren von hinten beleuchtet und die sich ergebende Helligkeitsverteilung gemessen. Es entsteht auf Grund von Beugung eine Sinuskurve. Anschließend wird der Vorgang mit dazwischengeschaltetem Testobjektiv wiederholt. Es ergibt sich wieder eine sinusähnliche Kurve, die in der Regel allerdings eine niedrigere Amplitude besitzt. Nur bei einer perfekten Abbildung wären die Kurven identisch (Bild 1).

Aus den Abweichungen kann auf die Qualität des Objektivs geschlossen werden.
Die Qualität ist abhängig von der Lage im Bildfeld; ein Qualitätsabfall zum Rand hin ist die Regel. Um zu aussagekräftigen Daten zu kommen, wählt man Ortsfrequenzen aus, die hohe praktische Bedeutung haben. Üblich sind zehn, 20 und 40 Linienpaare pro Millimeter (Lp/mm). Die Modulationsübertragung bei 40 Lp/mm lässt auf die kontrastreiche Wiedergabe sehr feiner Details schließen. Die Modulationsübertragung bei niedrigen Ortfrequenzen wie zehn Lp/mm entscheidet über den subjektiven Kontrasteindruck bei der Betrachtung des Bildes.

Bild 2

Dabei ist nun auch die Richtung der Linienstrukturen entscheidend – insbesondere ob sie tangential (als Tangente am Bildkreis) oder sagittal (lotrecht zur Tangente) verlaufen (Bild 2). Ein typisches MTF-Diagramm besitzt daher Kurven für beide Richtungen.

Als Anhaltspunkte zur Interpretation der MTF-Kurven sei folgendes ergänzt: Auf der X-Achse des Diagramms wird der Abstand von der Bildmitte aufgetragen, auf der Y-Achse der Wert den die MTF erreicht; er kann maximal bei 100 Prozent liegen. Die Kurve für tangentiale Strukturen wird strichliert und für sagittale Linien durchgezogen dargestellt. Untereinander sind die Kurven für 40, 20 und zehn Lp/mm eingezeichnet. Je weiter oben diese liegen, desto besser ist die Qualität. Im Idealfall sollten diese gleichmäßig verlaufen und erst spät abfallen. Außerdem gilt: Je näher die Kurven für tangentiale und sagittale Gitter beieinander liegen, desto besser das Bild.

Testbericht aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2008, S. 24 bis 33

PROTECTOR Test Objektive 2008, Teil 2

Testergebnisse Vario-Objektive/Standard

CBC Deutschland – Computar TG3Z2910FCS-IR

Das TG3Z2910FCS-IR von CBC ist ein DC-gesteuertes Vario-Objektiv mit CS-Anschluss. Es ist für die Verwendung an Kameras mit 1/3 Zoll Sensoren gedacht und deckt an diesen einen Brennweitenbereich von 2,8 bis 8,2 Millimeter ab; das entspricht einem horizontalen Blickwinkel von 95 bis 35,6 Grad*. Die Anfangslichtstärke im Weitwinkelbereich beträgt F 1,0. Das Objektiv besitzt asphärische Elemente und ist dank IR-Korrektur Tag/Nacht-tauglich.
Im Weitwinkelbereich ist die Auflösung des Computar von der Bildmitte bis zum Rand relativ konstant auf gutem Niveau. Der Kontrast fällt zum Rand hin von sehr guten auf gute Werte ab. In der Telestellung ist die Auflösung in der Bildmitte und in der Feldmitte sehr gut, im Randbereich erreicht sie noch gute Werte. Den Kontrast kann man im Telebereich durchweg als sehr gut beurteilen. Die Verzeichnung ist wie bei allen getesteten Objektiven im Weitwinkel relativ stark tonnenförmig, im Telebereich ist sie nur noch schwach ausgeprägt. Die Vignettierung bleibt mit maximal 0,14 Blendenstufen in Weitwinkel- und 0,08 in Telestellung extrem gering und kann damit als praktisch unsichtbar eingestuft werden. Der Falschlichtanteil bewegt sich zwischen 0,9 und 1,0 Prozent und ist damit ebenfalls gering.

 

 

Diagramme der MTF-Kurven für 10, 20 und 40 Lp/mm: links bei kleinster, rechts bei größter Brennweite. X-Achse: Abstand zur Bildmitte; Y-Achse: MTF in Prozent. Strichliert: tangentiale Strukturen; durchgezogen: sagittale Strukturen.


CBC (Deutschland) GmbH, Hansaallee 191, 40549 Düsseldorf, Tel.: +49 211 53067-0, Fax: -180, info@cbc-de.com, www.cbc-de.com

*) Angaben der Hersteller

Monacor International – VZLCS-1014D

Das VZLCS-1014D von Monacor besitzt einen Brennweitenbereich von 2,8 bis 10,0 Millimeter und eine Anfangslichtstärke von F 1,4 im Weitwinkelbereich. Der Anschluss an Kameras erfolgt mit einem CS-Mount. Das Objektiv eignet sich für Modelle mit 1/3 Zoll Sensoren, die Blendensteuerung geschieht über DC-Spannung.
Bei kleinster Brennweite ist die Auflösung des Monacor-Objektivs in der Bildmitte gut bis sehr gut; zum Rand hin fällt sie auf ein befriedigendes Niveau ab. Für den Kontrast ergeben sich im Zentrum und in der Feldmitte sehr gute und am Rand gute Werte. In der Telestellung ist die Auflösung ähnlich verteilt wie im Weitwinkelbereich: in der Bildmitte sehr gut, im Randbereich befriedigend; insgesamt ist sie aber etwas höher als in diesem. Im Telebereich erzielt das Objektiv beim Kontrast im Zentrum sehr gute Ergebnisse und gute Ergebnisse in der Feldmitte und am Rand.Auch bei diesem Modell zeigt sich im Weitwinkel eine relativ starke tonnenförmige Verzeichnung, die im Telebereich nur schwach ausgeprägt ist. Die Vignettierung ist mit 0,16 Blendenstufen im Weitwinkel und 0,05 im Tele sehr gering und nahezu nicht wahrnehmbar. Der Falschlichtanteil liegt bei kleinster Brennweite mit 1,15 Prozent auf einem guten Niveau und mit 0,95 Prozent im Telebereich sogar auf sehr gutem Niveau.

 

 


Monacor International GmbH, Zum Falsch 36, 28307 Bremen, Tel.: +49 421 4865-0, Fax: +49 421 4884-15, info@monacor.de, www.monacor.de

Pentax – TS3V310ED (HK)

Das Pentax-Modell TS3V310ED (HK) ist ein Tag/Nacht-taugliches Objektiv für Kameras mit 1/3 Zoll Sensoren und CS-Mount. Es besitzt ein Brennweitenspektrum von 3,0 bis 8,0 Millimeter und deckt damit einen horizontalen Blickwinkel von 93 bis 35 Grad* ab.
Im Weitwinkelbereich liegt die Anfangsblende bei F 1,0. Die Blendensteuerung erfolgt über DC-Gleichspannung. Im Weitwinkel ist die Auflösung der Pentax-Optik von der Bildmitte bis zum Rand relativ konstant auf befriedigendem Niveau. Beim Kontrast ergeben sich durchweg gute Werte, unabhängig von der Position im Bild. In der Telestellung verbessert sich die Auflösung auf ein gutes Maß, nur am Rand zeigen sich noch leichte Schwächen. Der Kontrast bleibt unverändert gut. Für die Verzeichnung gilt wie bei allen Objektiven im Test: im Weitwinkel relativ stark, im Telebereich schwach tonnenförmig. Die Vignettierung ist mit 0,13 Blendenstufen in Weitwinkel- und 0,08 in Telestellung äußerst gering und damit praktisch unsichtbar. Der Falschlichtanteil erreicht zwischen 0,8 und 0,9 Prozent und ist daher als sehr gut zu bewerten.

 


Pentax Europe GmbH, Julius-Vosseler-Str. 104, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 56192-0, Fax: +49 40 566475, ssd@pentax.de, www.pentax.de

Security-Center – Eyseo TV8555

Mit dem TV8555 bietet Security-Center ein IR-taugliches, asphärisches Varioobjektiv mit 2,9 bis 8,2 Millimeter Brennweite an. An einer Kamera mit 1/3 Zoll großem Sensor deckt das Objektiv einen horizontalen Blickwinkel von 98 bis 35 Grad* ab. Der Anschluss geschieht über CS-Mount. In Weitwinkelstellung liegt die kleinste Blende bei F 1,0, die Blendenregelung erfolgt manuell.
Das TV8555 weist im Weitwinkelbereich eine von der Bildmitte bis zum Rand durchgehend gute Auflösung auf. Auch die Ergebnisse für den Kontrast liegen auf einem konstant guten, teilweise sogar sehr guten Niveau. Im Telebereich verbessert sich die Auflösung auf ein durchweg sehr gutes Maß. Auch der Kontrast erhöht sich hier auf sehr gute Werte für nahezu alle Bildbereiche, lediglich am Rand zeigen sich noch leichte Schwächen. Die Verzeichnung ist wie im gesamten Testfeld relativ stark tonnenförmig im Weitwinkel und schwach im Telebereich. Die Vignettierung bleibt praktisch unmerklich. Im Weitwinkelbereich beträgt sie maximal 0,13 Blendenstufen und in der Teleeinstellung extrem geringe 0,03 Blendenstufen. Der Falschlichtanteil liegt bei 1,1 respektive 0,9 Prozent und ist damit als gut bis sehr gut einzustufen.


Security-Center GmbH & Co. KG, Linker Kreuthweg 5, 86444 Affing/Mühlhausen, Tel.: +49 8207 95990-0, Fax: -100, E-Mail: info@security-center.de, www.security-center.org

Tamron – 13VM308AS

Das 13VM308AS von Tamron besitzt einen Brennweitenbereich von 3,0 bis 8,0 Millimeter und damit eine Blickwinkel von 91 bis 36 Grad* an einem 1/3 Zoll Sensor. Die Anfangsblende liegt bei 1,0 und wird manuell gesteuert (DC-Version verfügbar). Zum Kameraanschluss dient der CS-Mount. Das Objektiv besitzt asphärische Elemente, ist aber nicht IR-korrigiert.
Im Weitwinkelbereich liegt die Auflösung der Tamron-Optik von der Bildmitte bis zum Rand relativ gleichmäßig auf einem befriedigendem Level. Beim Kontrast ergeben sich meist gute Werte. In der Telestellung verbessert sich die Auflösung auf ein gutes Niveau, mit leichten Defiziten am Rand. Der Kontrast verschlechtert sich minimal, bleibt aber zwischen gut und befriedigend, je nach Position im Bild. In Sachen Verzeichnung zeigt sich das gewohnte Bild, im Weitwinkel stark und im Tele schwach tonnenförmig. Die Vignettierung ist mit maximal 0,09 Blendenstufen in Weitwinkel- und 0,07 Blendenstufen in Telestellung extrem gering und so praktisch unsichtbar. Ebenfalls sehr gering ist der Falschlichtanteil mit 0,5 und 0,4 Prozent im Weitwinkel- beziehungsweise Telebereich.


Tamron Europe GmbH, Robert Bosch Str. 9, 50769 Köln, Tel.: +49 221 970325-0, Fax: -4, cctv@tamron.de, www.tamron.de

Videor Technical – Eneo F037Z2.710M

Das Modell Eneo F037Z2.710M von Videor Technical deckt mit seinem Brennweitenbereich von 3,0 bis 8,0 Millimeter an 1/3 Zoll Kameras einen Blickwinkel von 91 bis 36 Grad* ab. Zum Anschluss an eine Kamera dient ein CS-Mount. Die Anfangsblende liegt im Weitwinkelbereich bei F 1,0, die Blendensteuerung erfolgt manuell. Asphärische Linsenelemente sollen die Abbildungsleistung erhöhen.
Bei der kleinsten Brennweite ist die Auflösung des Eneo-Objektivs in allen Bildbereichen gut bis befriedigend, am besten ist sie in der Bildmitte und am Rand. Für den Kontrast ergeben sich im Zentrum sehr gute bis gute Werte, in der Feldmitte und am Rand liegen die Werte auf gutem bis befriedigendem Niveau. In der Telestellung ist die Auflösung im Zentrum und in der Feldmitte sehr gut, im Randbereich ist sie gut. In Sachen Kontrast erzielt das Objektiv hier fast durchgehend gute Ergebnisse. Die Verzeichnung entspricht in etwa jener der anderen Kandidaten. Was die Vignettierung angeht, bewegt sich diese mit 0,22 und 0,05 Blendenstufen im Weitwinkel- beziehungsweise Telebereich im nahezu unsichtbaren Rahmen. Bei den Messungen des Falschlichtanteils erzielte die Optik sowohl bei kleinster als auch bei größter Brennweite mit 0,6 und 0,3 Prozent jeweils sehr gute Ergebnisse.


Videor Technical E. Hartig GmbH, Carl-Zeiss-Straße 8, 63322 Roedermark, Tel.: +49 6074 888-0, Fax: -100, info@videortechnical.com, www.videortechnical.com

Testbericht aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2008, S. 24 bis 33

PROTECTOR Test Objektive 2008, Teil 3

Testergebnisse Megapixel-Objektive

Nachstehend finden sich die Ergebnisse der einzelnen getesteten Megapixel-Objektive. Der Laboraufbau unterscheidet sich kaum von dem, der für Standard-Objektive angewandt wurde. Die Messungen und Kriterien gleichen sich weitestgehend, nur der Bewertungsmaßstab weicht ab. Direkt vergleichbar sind die Ergebnisse dennoch nicht. Da es im Megapixelbereich noch relativ wenige Modelle gibt und sich diese teilweise erheblich unterscheiden, muss man jedes für sich betrachten und bewerten. Festbrennweiten und Vario-Obkjektive lassen sich ebensowenig direkt gegenüberstellen, wie 1/3 Zoll und 2/3 Zoll Optiken. Die Tests dienen demnach eher der Übersicht, welche Bandbreite an Modellen momentan verfügbar ist und wo deren Stärken und Schwächen liegen.
Zusammenfassend gilt, dass einige Megapixel-Objektive bei der MTF-Messung im Vergleich zu den Standard-Vario-Objektiven bessere Werte erzielten. Das bescheinigt ihnen die von Megapixel-Sensoren benötigte höhere Qualität. Allerdings ist der Unterschied nicht so extrem, wie man es vielleicht erwarten würde. Das könnte auch daran liegen, dass sich viele Standard-Objektive schon auf einem sehr guten Niveau bewegen.
Im Zweifelsfall gilt also auch hier „Probieren über Studieren“. Möglicherweise taugt ja auch ein bereits vorhandenes oder günstiges Standardobjektiv für den Megapixel-Einsatz. Michael Gückel

Fujinon – HF16SA-1

Das HF16SA-1 von Fujinon stammt aus der Serie für Machine-Vision-Anwendungen und ist für Kameras mit Sensorgrößen zwischen 2/3 und 1/3 Zoll geeignet. Laut Hersteller eignet es sich für Auflösungen bis fünf Megapixel. Der Anschluss erfolgt über C-Mount. Das festbrennweitige Objektiv verfügt über 16 Millimeter Brennweite (bei 2/3 Zoll) und deckt damit einen Blickwinkel von horizontal 30 Grad* ab. Die Anfangslichtstärke liegt bei F 1,4, die Blende ist manuell regelbar.
Das Fujinon-Objektiv erzielt im Zentrum und in der Feldmitte gute bis sehr gute Werte bei der Auflösung. Lediglich im Randbereich fällt diese dann auf ein insgesamt befriedigendes Niveau ab. Der Kontrast reduziert sich ebenfalls von der Bildmitte zum Rand hin. Im Zentrum liegt er bei gut bis sehr gut, in der Feldmitte bei gut und am Rand noch bei gut bis befriedigend. Eine Verzeichnung ist praktisch nicht vorhanden, es werden weder tonnen-, noch kissenförmige Verzerrungen sichtbar. Auch hier kann man dem Objektiv sehr gute Werte bescheinigen. Die Vignettierung liegt mit 0,21 Blendenstufen ebenfalls im unsichtbaren Bereich. Der Falschlichtanteil liegt bei äußerst geringen 0,4 Prozent und ist damit ebenfalls als sehr gut einzustufen.


Fujinon (Europe) GmbH, Halskestraße 4, 47877 Willich, Tel.: +49 21 54 924-0, Fax: -139, E-Mail: fujinon@fujinon.de, www.fujinon.de

Pentax – C3516-M (KP)

Pentax hat mit dem C3516-M (KP) ein 2/3 Zoll Objektiv mit fester Brennweite und manueller Blendensteuerung im Programm. Die Brennweite von 35 Millimeter entspricht an einem 2/3 Zoll Sensor einem horizontalen Blickwinkel von etwas mehr als 14 Grad*. Die maximale Blendenöffnung liegt bei F 1,6. Zum Anschluss an die Kamera dient ein C-Mount. Laut Hersteller ist es für Kameras mit bis zu zwei Megapixel geeignet.
Die Pentax-Optik zeichnet sich durch sehr gleichmäßige Werte bei Auflösung und Kontrast aus. Die Auflösung ist vom Zentrum über die Feldmitte bis zum Randbereich recht konstant auf einem befriedigendem Niveau. Es zeigt nicht den üblichen Leistungsabfall am Rand. Für den Kontrast gilt das Gleiche; mit dem Unterschied, dass hier ein durchweg guter Wert erreicht wird. In Sachen Verzeichnung lässt das Objektiv nichts zu wünschen übrig. Dank der relativ großen Brennweite ist eine tonnenförmige Verzeichnung praktisch nicht vorhanden, auch kissenförmige Verzerrungen sind nicht sichtbar. Die Vignettierung dürfte mit 0,43 Blendenstufen in der Regel nicht wahrnehmbar sein. Die 0,4 Prozent Falschlichtanteil sind als sehr gut zu bewerten.


Pentax Europe GmbH, Julius-Vosseler-Str. 104, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 56192-0, Fax: +49 40 566475, ssd@pentax.de, www.pentax.de

Tamron – M13VM308

Das Modell M13VM308 aus dem Hause Tamron ist ein Vario-Objektiv mit einem Brennweitenbereich von 3,0 bis 8,0 Millimeter. An einem 1/3 Zoll Sensor entspricht das einem horizontalen Blickwinkel von etwa 92 bis 35 Grad*. Die Anfangsblende beträgt F 1,0, die Blendenregelung geschieht manuell (DC-Version verfügbar). Das Objektiv verfügt über einen CS-Mount.
Im Weitwinkelbereich ist die Auflösung des Tamron-Objektivs im Zentrum sehr gut und in der Feldmitte sowie am Rand gut. Für den Kontrast gilt dies genauso: sehr gut im Zentrum, gut in der Feldmitte und im Randbereich. In der Telestellung verbessert sich die Auflösung etwas. Sie liegt nun in allen Bereichen zwischen sehr gut und gut. Beim Kontrast verschiebt sich die Leistung im Telebereich zum Rand hin. Im Zentrum und in der Feldmitte liegt er auf einem guten Niveau, am Rand steigert er sich sogar auf ein sehr gutes Niveau. Bei der Verzeichnung zeigt sich ein von vielen Vario-Objektiven gewohntes Bild: im Weitwinkel verzeichnet es relativ stark tonnenförmig, im Telebereich ist die Verzerrung schwach ausgeprägt. Die Vignettierung ist mit maximal 0,09 und 0,04 Blendenstufen extrem gering und damit praktisch unsichtbar. Der Falschlichtanteil bewegt sich zwischen 0,47 und 0,35 Prozent und ist damit ebenfalls sehr gering.


Tamron Europe GmbH, Robert Bosch Str. 9, 50769 Köln, Tel.: +49 221 970325-0, Fax: -4, cctv@tamron.de, www.tamron.de

Videor Technical – Eneo F02Z02M-MP

Mit dem Eneo F02Z02M-MP bietet Videor Technical ein Vario-Objektiv für Kameras mit Auflösungen größer als ein Megapixel. An 1/3 Zoll Sensoren entspricht die Brennweite von 2,4 bis 6,0 Millimeter einem horizontalen Blickwinkel von etwa 111 bis 47 Grad*. Die kleinste Blende liegt bei F 1,2 und wird manuell gesteuert. Als Anschluss dient ein CS-Mount.
Die Leistung des Eneo ist in puncto Auflösung und Kontrast nicht nur sehr gleichmäßig, sie ist auch gleichmäßig auf einem sehr guten Level. In der Weitwinkelstellung ergeben sich sehr gute Werte für alle Bildbereiche, lediglich am Rand reduziert sich die Auflösung minimal. Beim Kontrast gilt das uneingeschränkt: sehr gut in allen Bereichen. In der Teleeinstellung zeigt sich das gleiche Bild, beide Werte bleiben unverändert auf sehr gutem Niveau. Auch bei diesem Modell ist eine recht ausgeprägte, tonnenförmige Verzeichnung im Weitwinkelbereich wahrnehmbar, in Telestellung ist sie nur noch schwach vorhanden. Mit 0,17 beziehungsweise 0,08 Blendenstufen bei der Vignettierung ist diese visuell nicht wahrnehmbar. Der Falschlichtanteil erreicht 1,3 und 0,55 Prozent und ist damit als gut bis sehr gut einzustufen.


Videor Technical E. Hartig GmbH, Carl-Zeiss-Straße 8, 63322 Roedermark, Tel.: +49 6074 888-0, Fax: -100, info@videortechnical.com, www.videortechnical.com

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MegaPixel-Kameras benötigen hochwertige Objektive

Fachartikel aus PROTECTOR 5/08, S. 36

Objektivqualität als entscheidender Faktor

Megapixel – Megabild?

Immer mehr Kameras werden mit Megapixel-Sensoren bestückt. Doch eine höhere Auflösung allein sorgt noch nicht für bessere Bilder. Wer „Megapixel“ sinnvoll nutzen will, braucht hochwertige Objektive.

Bildsensoren werden immer hochauflösender. Um das volle Potenzial auszuschöpfen, muss auch das Objektiv entsprechend hochwertig sein.
Bild: Pixelio/Klicker

Der Trend zu immer höheren Auflösungen schreitet auch in der Videoüberwachung weiter voran. Mehr Auflösung, mehr Pixel, mehr Daten, mehr Bildqualität, lautet die gängige Vorstellung – selbst wenn man oft nicht so genau weiß, wie man das gestiegene Datenvolumen über das Firmennetzwerk schaufelt, ohne dass der Administrator einen Wutanfall bekommt. Davon abgesehen kann die oben genannte Kette auch nur dann zufriedenstellend funktionieren, wenn alle Glieder zusammenpassen und jedes für sich eine hohe Qualität garantiert.
Ganz vorne in diesem System stehen die Kameras; und diese sind nur so gut, wie die angesetzte Optik. Denn der beste hochauflösende Sensor nutzt nichts, wenn davor ein schlechtes Objektiv sitzt, das als „schwächstes Glied in der Kette“ die Leistung des gesamten Systems herunter zieht. Um an Kameras mit Megapixel-Auflösung einen tatsächlichen Gewinn an Auflösung und Bildqualität zu erzielen, müssen an die Objektive demnach höhere Anforderungen gestellt werden als bei Pal-Auflösung. Der Anspruch wächst dabei mit der Zahl der Pixel.

Unliebsame Randerscheinungen

Besonders kritisch sind die sogenannten „Randstrahlen“. Sie treten am Rand der Linse durch die Optik und werden stärker gebrochen als die Strahlen in der Mitte. Hier zeigt sich die Qualität eines Objektivs. Denn die Korrektur der am Rand entstehenden Bildfehler und Qualitätseinbußen ist die wahre Kunst des Objektivbaus. Simpel konstruierte Optiken liefern zwar in der Bildmitte oftmals eine gute Qualität, lassen aber zum Rand hin stark nach. Digitale Bildsensoren, gerade die mit hoher Auflösung, verzeihen das nicht. Neben den durch die Optik verursachten Bildfehlern – seien es sphärische Aberrationen, Koma oder Unschärfen – kommt es bei schräg auf den Sensor treffenden Strahlen zu zusätzlichen Fehlern in Form von Vignettierung oder Farbverschiebungen. Diese Fehler zu korrigieren oder zumindest auf ein Mindestmaß zu reduzieren, ist die Herausforderung der Objektivhersteller. Der Anwender kann sich zusätzlich durch Abblenden (Schließen der Objektiviris) um ein bis zwei Blendenstufen behelfen. Hierbei werden die Randstrahlen abgeschnitten, so dass sie die Bildqualität nicht mehr verschlechtern können. Allerdings verringert sich durch das Schließen der Blende auch die Lichtmenge, die durch das Objektiv treten kann: Der Bildsensor muss mit weniger Licht auskommen. Anschließend versucht die Elektronik den Verlust mittels Signalverstärkung wieder auszugleichen.

Wer rauscht, verliert

Hier ist die Schnittstelle zum zweiten wichtigen Kriterium: der Lichtstärke oder Anfangsöffnung des Objektivs. Meist wird sie in der Form „F 1:1,4“, „F 1:1,8“ oder ähnlich angegeben. Je kleiner dabei die zweite Zahl ist, desto lichtstärker ist eine Optik. Dies kann gerade bei Megapixelkameras von großer Bedeutung sein. Ein Vergleich der Sensorgrößen und der Anzahl der Pixel veranschaulicht den Zusammenhang: Wenn ein Sensor eine gängige Größe von 1/4, 1/3 oder 1/2 Zoll besitzt, auf ihm aber viel mehr Pixel untergebracht sind als bei D1-Auflösung, müssen die Pixel dementsprechend kleiner sein. Durch Verkleinerung werden Pixel aber generell lichtunempfindlicher. Und weniger Licht versucht die Elektronik, wie bereits erwähnt, mit Signalverstärkung zu kompensieren. Das führt meist zu stärkerem Rauschen und einer Verschlechterung der Bildqualität. Daher sind besonders „lichtstarke“ Objektive notwendig – etwa mit F 1:1,0 –, um auch bei schlechtem Licht noch etwas erkennen zu können. Alternativ bieten diese Optiken auch genügend Spielraum für das qualitätsfördernde Abblenden um eine Blendenstufe.

Gute Bilder sind der Lohn

Mit dem sinnvollen Abstimmen von Kamera und Objektiv ist in Sachen Bildqualität sehr viel gewonnen. Und „Megapixel“ verkommt nicht zum reinen Marketingaspekt für Kameras. Zwar ist die Frage, wie man die hochaufgelösten und bandbreitenfressenden Videobilder übers Netzwerk überträgt, damit noch nicht beantwortet – sicher ist nun aber, dass sich das auch lohnt. Michael Gückel

Wichtige Begriffe aus der Videotechnik – verständlich erklärt:

Aberration, chromatische (Farbfehler)
Die Brechzahl einer Linse hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Diese auch Dispersion genannte Erscheinung verursacht die chromatische Aberration (vom griechischen Chroma für Farbe). Die verschiedenfarbigen Anteile des Lichts laufen in unterschiedlichen Brennpunkten zusammen, was vor allem an harten Kanten zu unerwünschten Farbsäumen führt.

Aberration, sphärische (Öffnungsfehler)
Die sphärische Aberration bewirkt, dass achsparallel einfallende Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch das optische System nicht im gleichen Punkt zusammenlaufen. Es entstehen Unschärfen. Je weiter außen der Strahl verläuft, desto stärker ist im Allgemeinen die Abweichung.

Achromat/Apochromat
Achromaten und Apochromaten sind spezielle, mehrschichtige Linsen, die die Farbfehler eines optischen Systems korrigieren.

Anfangsöffnung/Lichtstärke
Die maximale Blendenöffnung eines Objektivs bezeichnet man auch als Anfangsöffnung; sie ist ein Maß für die Lichtstärke. Je kleiner der Wert, desto mehr Licht kann durch die Linsen treten.

Asphärische Linsen
Asphärische Ojektive verfügen über mindestens eine brechende Linsenoberfläche, die von der Kugelform abweicht. Eine solche asphärische (nicht kugelförmige) Fläche ermöglicht die Korrektur der sphärischen Aberration. Die Fertigung einer Asphäre ist in der Regel teurer als die einer sphärischen Linse.

Auflösung, absolute
Anzahl der Linienpaare pro Bildhöhe (Lp) beziehungsweise traditionell aus der Videotechnik die Frequenz in Megahertz (MHz). Gute Kameras sollten bei 1.000 und bei 100 Lx mindestens 230 Lp darstellen können.

Auflösung, relative
Praxisgerechtes Maß für die Wiedergabe feiner Details. Der Wert wird aus der interpolierten Auflösungskurve berechnet mit erhöhter Gewichtung höherer Frequenzen. 100% entsprächen einer geraden Auflösungskurve von 0,5 bis 5,0 MHz auf der 0 dB-Linie. Abweichungen von der 0 dB-Linie (positiv wie negativ) führen zu Abzug. Als gut können Werte ab etwa 70% angesehen werden.

Blende
Die Blende reduziert die durch das Objektiv fallende Lichtmenge durch Beschneiden des Strahlengangs vom Rand her. Dadurch werden gleichzeitig bestimmte Linsenfehler verringert und die Schärfentiefe erhöht. Die Größe der Blende gibt man in Blendenwerten (k) an, die sich aus dem Verhältnis Brennweite (f) durch effektive Eintrittspupille (D) berechnen lässt (k = f/D). Von einer Blendenstufe zur nächsten halbiert sich die durchgelassene Lichtmenge (etwa beim Schließen der Blende von 4 auf 5,6), bei Verdoppelung der Blendenzahl (etwa von 8 auf 16) reduziert sich die Lichtmenge auf ein Viertel.

C-Mount/CS-Mount
C-Mount und das davon abgeleitete CS-Mount sind genormte Anschlussgewinde für Kameraobjektive. Bei beiden beträgt der Durchmesser ein Zoll und die Gewindesteigung 1/32 Zoll. Das Auflagenmaß, also der Abstand zwischen dem Flansch des Objektivgewindes und dem Sensor, beträgt bei C-Mount 17,52 und bei CS-Mount 12,52 Millimeter. Mit einem fünf Millimeter starken Zwischenring können C-Mount-Objektive auch an Kameras mit CS-Mount angeschlossen werden.

DAS
Direct Attached Storage (s. NAS)

DC-Blende
Objektive mit DC-geregelter Blende (DC steht für Gleichstrom) werden von einem in die Kamera integrierten Verstärker gesteuert. Die Spannungsversorgung erfolgt über eine an der Kamera angebrachte vierpolige Buchse.

DVR
Ein DVR ist ein Digitaler Videorecorder, der Video und Audio digital auf eine Festplatte aufzeichnet. DVRs sind so genannte Stand-alone-Geräte, an die Kameras direkt angeschlossen werden können und die ohne weitere Komponenten oder Netzwerkverbindung eigenständig Videodaten aufzeichnen und wiedergeben können. Viele heute angebotene DVR verfügen über einen Netzwerkanschluss, wodurch sie einerseits aus der Ferne gewartet und konfiguriert werden können, andererseits auch auf die gespeicherten Daten von extern zugegriffen werden kann.

Farbwiedergabe
Farbsättigung und Farbabweichungen dienen zur Ermittlung dieses Wertes, der eine sehr gute Korrelation zu subjektiven Beurteilungen der Farbwiedergabe und Farbreinheit aufweist. Werte ab etwa 70% sind gut.

LAN
Local Area Network (s. SAN)

NAS
Network Attached Storage (NAS) bezeichnet einfach zu verwaltende Dateiserver, die eingesetzt werden, um ohne hohen Aufwand unabhängige Speicherkapazität in einem Rechnernetz bereitzustellen. Ein NAS stellt mehr Funktionen bereit, als nur einem Computer Speicher über das Netz zuzuweisen und ist deshalb im Unterschied zu Direct Attached Storage (DAS) immer entweder ein eigenständiger Computer (Host) oder ein Virtueller Computer (Virtual Storage Appliance, VSA) mit eigenem Betriebssystem. Viele Systeme beherrschen auch RAID-Funktionen, um Datenverlusten vorzubeugen.

NVR
Network Video Recorder (NVR) dienen zur Aufzeichnung von Videosignalen im IP-Netzwerk. Anders als DVRs, sind NVRs keine Stand-alone-Geräte, die direkt mit den Kameras verbunden sind, sie bleiben dank Netzwerkanbindung standortunabhängig. NVR sind meist leistungsfähige PCs mit großen Festplattenkapazitäten, auf die über das lokale Netz und das Internet zugegriffen werden kann. Häufig werden sie in einem redundant aufgebauten Cluster zusammengeschaltet, so dass einerseits Daten gespiegelt werden können und andererseits beim Ausfall eines NVRs ein anderer die Aufzeichnung übernehmen kann.

S/N Chrominanz
Bildrauschen (S/N: signal to noise), das sich als Schwankung der Farbsättigung äußert. Gemessen werden diese Schwankungen in einer roten Fläche des Testbildes, die Standardabweichung der Messwerte führt zum angegebenen Signal-Rauschabstand in dB. Gut sind Werte ab 35 dB.

S/N Luminanz
Bildrauschen (S/N: signal to noise), das sich als Helligkeitsschwankung äußert. Gemessen werden die Helligkeitsschwankungen in einer weißen Fläche (80% weiß) des Testbildes. Die Standardabweichung der Messwerte führt zum angegebenen Signal-Rauschabstand in dB. Werte ab 35 dB sind gut.

SAN
Als Storage Area Network (SAN) bezeichnet man im Bereich der Datenverarbeitung ein Speichernetzwerk zur Anbindung von Festplattensubsystemen an Server-Systeme. Storage Area Networks sind für serielle, kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert worden. Sie basieren heute für hochverfügbare, hocheffiziente Installationen auf der Implementierung des Fibre-Channel-Standards, bei kleineren Anlagen aus Kostenüberlegungen auch auf IP. Strukturell ist ein SAN aufgebaut wie ein Local Area Network (LAN): Es beinhaltet Hubs, Switches und Router.

Vergütung
Eine hochwertige Vergütung (Entspiegelung) vermindert Streulicht in der Optik und beugt unerwünschten Reflexionen vor. Vor allem bei sehr hellem Licht oder Gegenlicht kann es ohne Vergütung zu Spiegelungen oder nebelartigen Geisterbildern kommen.

Verzeichnung/Distorsion
Unter Verzeichnung versteht man die Eigenschaft von Objektiven, Gegenstände zum Bildrand hin immer stärker zu verzerren. In der Nähe des Bildrandes werden gerade Linien nach außen (tonnenförmige Verzeichnung) oder innen (kissenförmige Verzeichnung) gewölbt.

Vignettierung
Mit Vignettierung bezeichnet man den Helligkeitsabfall in den Bildecken, der durch mechanische Verengung oder durch physikalische (natürliche) Effekte entsteht. Sie tritt hauptsächlich bei Weitwinkelobjektiven auf. Durch Abblenden des Objektives kann die Vignettierung verringert werden.

VSA
Virtual Storage Appliance (s. NAS)

Weißwert
Wert der hellsten weiße Stelle im Testbild. Idealerweise beträgt der Messwert 100%, in der Praxis können Werte ab 90% als gut bezeichnet werden.

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Auflösungsvermögen von CCTV-Objektiven

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2011, S. 46 bis 48

Optische Potenziale

Eine hochauflösende Kamera benötigt ein Objektiv mit hohem Auflösungsvermögen, um hochaufgelöste Bilder zu produzieren. Warum das so ist und was den Unterschied zu Standard-Objektiven ausmacht, klärt folgender Fachbeitrag.

Bild: Fujifilm
(Bild: Fujifilm)

Die Verbreitung von Kameras mit hohen Auflösungen nimmt im CCTV-Bereich stetig zu. Die Gründe liegen auf der Hand: Eine höhere Auflösung führt zur besseren Erkennung von Details in einem zu überwachenden Bereich, ermöglicht die Reduktion der Anzahl eingesetzter Kameras, erleichtert die Identifizierung verdächtiger Personen und vieles mehr. Ein Überwachungssystem mit hochaufgelösten Bildern entsteht jedoch nicht alleine durch den Einsatz hochauflösender Kameras, denn das Gesamtsystem einer Videoüberwachung besteht aus vielen verschiedenen Teilen. Jede einzelne dieser Komponenten muss in der Lage sein, mit hohen Auflösungen umzugehen, diese zu verarbeiten (größere Datenmengen) und auch wiederzugeben (hochauflösende Monitore). Dabei ist die erste Komponente des Gesamtsystems nicht die Kamera, sondern das Objektiv.

Viele Details differenzieren

Alle Lichtstrahlen, die zur Abbildung eines Objektes auf den Sensor der Kamera beitragen, passieren zuerst das Objektiv. Das Objektiv muss dementsprechend möglichst viele Details und kleine Strukturen der zu überwachenden Objekte voneinander differenzieren – also „auflösen“ – und auf dem Kamerasensor abbilden. Dazu ist ein hochauflösendes Objektiv in der Lage. Wird jedoch ein Objektiv mit geringerem Auflösungsvermögen eingesetzt, bildet das Objektiv kleine Strukturen nicht getrennt voneinander ab. In diesem Fall entsteht auf dem Kamerasensor ein Bild, in dem weniger Details und Strukturen unterscheidbar sind, obwohl die Kamera die Strukturen prinzipiell auflösen könnte. Dieser Verlust an Auflösung kann nachträglich nicht mehr ausgeglichen werden. Aus diesem Grund kann eine hochauflösende Kamera nur dann hochaufgelöste Bilder liefern, wenn das Auflösungsvermögen des Objektivs die Auflösung der Kamera unterstützt und deren Potential ausschöpft.

Bild: Fujifilm large

Reduziert man die Linienbreite, verringert sich auch der vom Objektiv übertragene Kontrast. (Bild: Fujifilm)

Die Auflösung von Objektiven: die MTF

Die Bestimmung des Auflösungsvermögens von Objektiven erfolgt über die Modulations-Transfer-Funktion (MTF). Dafür wird mit Hilfe eines Testbildes mit unterschiedlich feinen schwarz/weißen Linienpaaren (Frequenzen) der Kontrast gemessen, der vom Objektiv übertragen wird. Bei breiten Linien ist der Kontrast zwischen schwarzen und weißen Linien im Bild gut erkennbar, die Linien sind „aufgelöst“. Reduziert man die Linienbreite, verringert sich auch der vom Objektiv übertragene Kontrast, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Sobald die Linien so fein werden, dass im Bild keine Helligkeitsdifferenzen mehr unterscheidbar sind, werden diese Linien vom Objektiv „nicht aufgelöst“. Die Kamera erzeugt dann trotz höherer Auflösung nur noch eine graue Fläche.

Die maximale Auflösung eines Objektivs resultiert also aus der höchsten Frequenz, die mit einem ausreichenden Kontrast übertragen werden kann. Dabei ist der Übergang von „aufgelöst“ zu „nicht aufgelöst“ fließend. Überträgt man die Änderung des Kontrastes in Abhängigkeit zur Frequenz in ein Diagramm, erhält man die MTF-Kurve. Aus der Kurve ist ablesbar, welche Ortsfrequenz [Linienpaare/Millimeter) mit welchem Kontrast vom Objektiv übertragen wird. Im direkten Vergleich zwischen hochauflösendem und Standard-Objektiv (Abbildung 2) wird deutlich, dass ein hochauflösendes Objektiv höhere Frequenzen mit größerem Kontrast übertragen kann, als ein konventionelles Objektiv.

Allerdings ist die Qualität jeder optischen Abbildung konstruktionsbedingt in der Mitte besser als in den Randbereichen. Das heißt, auch die Auflösung nimmt von der Mitte zum Rand hin ab. Das reale Auflösungsvermögen wird zusätzlich durch weitere Parameter beeinflusst, wie die Blendenöffnung oder die Entfernung zwischen Objekt und Objektiv. Für eine aussagekräftige und vergleichbare Definition des Auflösungsvermögens sollten deshalb Angaben über Blendeneinstellung, Objektdistanz und Bildort (Abstand zur Bildmitte) bei der MTF-Messung vermerkt sein.

Der Unterschied zu konventionellen Objektiven

Häufig wird die Frage gestellt, worin der Unterschied zwischen hochauflösenden Objektiven und Standard-Objektiven besteht. Um diese Frage zu beantworten, muss man wissen, dass eine optische Abbildung immer fehlerbehaftet ist. Abbildungsfehler, wie Verzeichnung, Vignettierung oder Aberrationen, sind physikalisch bedingt und können nicht vollständig beseitigt werden. Jedes Objektiv ist im Endeffekt ein Kompromiss, bei dem möglichst viele Abbildungsfehler so weit wie möglich minimiert werden.

Bild: Fujifilm large

Vergleich MTF-Kurve zwischen hochauflösendem und Standard-Objektiv. (Bild: Fujifilm)

Die Güte eines Objektivs resultiert daraus, wie gut die verschiedenen Abbildungsfehler korrigiert werden und wie gut einzelne Elemente aufeinander abgestimmt sind. Es gibt also nicht „den einen“ entscheidenden Unterschied. Es ist vielmehr ein Zusammenspiel verschiedener Merkmale, wie Beschichtung der Linsen, Konstruktion und Aufbau der optischen Elemente und ähnlichem, die über die Güte eines Objektivs entscheiden und ein hochauflösendes Objektiv von einem Objektiv mit Standard-Auflösungsvermögen abheben.

Dabei gibt es – genau wie bei Kameras – Unterschiede in der Höhe der Auflösung. Die Bezeichnung „Megapixel“ (oder MP) besagt prinzipiell, dass eine Auflösung von einer Million Pixel gegeben ist. Ist das Auflösungsvermögen größer, wird meistens der Wert mit angegeben, wie drei MP oder fünf MP. Zusätzlich findet immer häufiger der Begriff „High Definition“ (oder HD) Verwendung, der ursprünglich aus dem Fernsehbereich stammt (HDTV) und auch in der Unterhaltungselektronik verwendet wird.

Grundsätzlich entspricht HD einer Auflösung von etwa zwei Megapixeln, wenn man die Auflösung von HDTV mit 1.920 mal 1.080 Pixeln zugrunde legt. Allerdings sind die beiden Begriffe MP und HD oftmals nicht genau definiert und werden einfach für jede Auflösung benutzt, die höher als Standard-Auflösung ist. Es gilt also zu differenzieren, welches Auflösungsvermögen genau hinter den Begriffen steckt. Renommierte Kamera- und Objektivhersteller geben in der Regel die konkrete Auflösung mit an.

Bedeutung nicht unterschätzen

Objektive sind nur ein Element in einem aus vielen Einzelkomponenten bestehenden Gesamtsystem einer Videoüberwachung. Die Bedeutung dieses Bausteins sollte jedoch nicht unterschätzt werden. Denn selbst die beste Kamera kann nur so gute Bilder liefern, wie es das Objektiv ermöglicht. Da es im Gegenzug ebenso wenig Sinn ergibt, ein hochauflösendes (und damit teureres) Objektiv auf einer Kamera mit Standard-Auflösung zu verwenden, sollten Auflösung von Objektiv und Kamera aufeinander abgestimmt sein, um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen.

Nina Kürten, Product Manager bei der Fujifilm Europe GmbH

Objektivtypen

Das Angebot der Objektivhersteller an hochauflösenden Objektiven wächst ebenso kontinuierlich, wie das der hochauflösenden Kameras. Dabei ist zwischen verschiedenen Konstruktionsformen der Objektive zu unterscheiden:

Eine Baureihe sind Objektive mit fester Brennweite, die in verschiedenen Auflösungen angeboten werden (von ein MP bis fünf MP oder mehr). Festbrennweiten werden hauptsächlich im Bereich der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt, da sie für geringe Arbeitsabstände konstruiert sind und in der Regel über eine manuelle Blendensteuerung verfügen.

Im CCTV Bereich dagegen kommen zumeist Varifocal-Objektive zum Einsatz. Dank der variablen Brennweite sind diese flexibel auf den benötigten Bildausschnitt einstellbar und gleichen mit einer automatischen Blendensteuerung schwankende Lichtbedingungen aus. Für den Einsatz rund um die Uhr werden spezielle Tag/Nacht-Modelle verwendet, die die Fokusverschiebung zwischen den Wellenlängen des visuellen Spektrums und denen des Infrarot-Bereiches ausgleichen. Oder anders ausgedrückt: Beim Umschalten zwischen Tag- und Nachtmodus muss nicht nachfokussiert werden. Varifocal-Objektive für Tag/Nacht-Anwendungen sind aktuell mit Auflösungen bis zu drei MP verfügbar und decken alle Brennweitenbereiche von Weitwinkel bis Tele ab.

Zur Überwachung langer Distanzen werden Zoom-Objektive verwendet, mit denen auch auf weite Entfernungen große Gebiete effizient überwacht werden können. Zoom-Objektive sind derzeit für Kameras mit bis zu zwei MP erhältlich und werden oftmals in Hafengebieten oder Flughäfen eingesetzt. Sie können mit Zusatzfunktionen, wie Autofokus, IR-Filter oder Bildstabilisierung ausgestattet werden.

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Entscheidungskriterien für Megapixelobjektive

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2009, S. 36 bis 39

Objektiv betrachtet

Zunehmend erobern Megapixelkameras den Markt für Sicherheitstechnik, neben hochauflösenden Kameras werden zudem Megapixelobjektive an geboten. Was diese für den Einsatz mit einer Megapixelkamera empfiehlt und worauf zu achten ist, erläutert der nachstehende Fachbeitrag.

Bild: Fujinon
Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an Megapixelobjektiven für unterschiedlichste Anwendungen am Markt. (Bild: Fujinon)

Nicht wenige Anwender werden sich fragen, weshalb Megapixelobjektive auf dem Markt angeboten werden. Schließlich wählt man ein Objektiv aufgrund des benötigten Bildwinkels und der Lichtstärke aus, doch nach der Auflösung?

Grundsätzlich lässt sich sagen, dass jedes Objektiv letztlich einen Kompromiss darstellt, denn jede optische Abbildung enthält Fehler. Das Problem, das sich bei der Konstruktion eines Objektives ergibt, ist, dass das Verhindern des einen Fehlers zu einem anderen führt. So kann kein Fehler völlig behoben, sondern immer nur minimiert werden. Ein gutes Objektiv erfordert viel Erfahrung bei der Konstruktion und ein großes Know-how bei der Produktion.

Die Auflösung spielt eine wichtige Rolle

Die Auflösung spielt in der Video-überwachung eine wichtige Rolle und ermöglicht es, nicht nur zu sehen, sondern auch zu erkennen. Hochaufgelöste Bilder bieten die Möglichkeit, Details, wie beispielsweise Gesichter, beim Sichten des Bildmaterials nachträglich vergrößert wiederzugeben. Auflösung meint dabei die Anzahl unterscheidbarer Details – sind zwei Punkte im Bild zu differenzieren, sind sie „aufgelöst“.

Zur Bestimmung der Auflösung von Objektiven verwendet man die Modulations Transfer Funktion (MTF). Will man die Auflösung eines Objektivs messen, nimmt man ein Testbild mit unterschiedlich feinen schwarz/weißen Linien. Unterscheidet sich die Helligkeit einer schwarzen und einer weißen Linie im Bild, sind die-se „aufgelöst“, sind sie nicht aufgelöst sieht man eine graue Fläche.

Der Übergang von „aufgelöst“ zu „nicht aufgelöst“ ist dabei fließend, der Helligkeitsunterschied nimmt ab. Ist der Helligkeitsunterschied – der Kontrast – bei zwei breiten Linien stark, nimmt er ab, je schmaler die Linien werden. Überträgt man die Veränderung des Kontrastes in Abhängigkeit der Linienbreite – deren Frequenz – in einen Grafen, so erhält man die Modulations-Transfer-Funktion.

Potenzial von Megapixelkameras ausschöpfen

Eine Kamera benötigt zum Unterscheiden zweier Linien einen minimalen Kontrast. Wird dieser Wert unterschritten, erzeugt die Kamera trotz höherer Auflösung nur eine graue Fläche. Die höchste Frequenz, die vom Objektiv noch mit einem ausreichenden Kontrast übertragen werden kann, ergibt die Auflösung des Objektivs.

Generell lassen sich Objektive für hochauflösende IP- oder Megapixelkameras nicht mit denen für Analogkameras vergleichen: Während die Überwachungsszene im analogen Umfeld beispielsweise in 600.000 Punkte aufgeteilt wird, sind es bei der Megapixeltechnik drei Millionen und mehr.

Ein mit einer hochauflösenden IP- oder Megapixelkamera eingesetztes Objektiv sollte in der Lage sein, diese hohe Anzahl von Bildpunkten sauber voneinander getrennt darzustellen, um das volle Potenzial dieser Kameras auszuschöpfen. Dabei unterscheidet sich die Auflösung von Megapixelobjektiven ebenso sehr wie die der Kameras. Renommierte Hersteller geben sie entsprechend an, damit sich Kamera und Objektiv optimal aufeinander abstimmen lassen.

Festbrennweiten und Varifokal-Objektive

Neben den Varifokal-Objektiven werden auch oft Festbrennweiten für Megapixelkameras eingesetzt. Festbrennweitige Objektive besitzen eine feste Brennweite und verfügen meist über eine manuelle Blendeneinstellung. Diese Objektive kommen aus dem „Machine Vision“-Bereich, wo schon länger Megapixelkameras verwendet werden und deshalb eine große Auswahl an hochauflösenden Objektiven erhältlich ist.

Für den Einsatz in CCTV-Kameras ergeben sich jedoch einige Nachteile. Neben der geringeren Flexibilität durch die feste Brennweite und manuelle Blendeneinstellung sind diese Objektive primär für den harten Einsatz in Maschinen unter dauerhafter mechanischer Belastung konstruiert. Dementsprechend liegen sie preislich in der Regel über den Varifokal-Megapixelobjektiven für den CCTV-Einsatz.

In den meisten Fällen kommen in Überwachungskameras so genannte Varifokal-Objektive zum Einsatz. Der Vorteil von Varifokal-Objektiven liegt in einer deutlich höheren Flexibilität gegenüber Festbrennweiten. Die Brennweite ist anders als bei Festbrennweiten variabel. Dass heißt, der Bildwinkel kann – wie bei einem Fotoapparat mit Zoomoptik – verändert werden. Eine automatische Blendensteuerung ermöglicht außerdem eine bessere Anpassung an schwankende Lichtbedingungen.

Varifokal-Objektive sind allerdings zu unterscheiden von Zoomobjektiven, bei denen aufgrund der Objektivkonstruktion die Schärfe im Bild erhalten bleibt, wenn man die Brennweite verändert. Da bei Überwachungskameras das Objektiv meist nur einmal für einen bestimmten Bildwinkel eingerichtet wird, können diese Korrekturelemente hier eingespart werden. Ändert man bei einem Varifokal-Objektiv die Brennweite, muss die Schärfe korrigiert werden.

Tag/Nacht-Objektive

Tag/Nacht-Kameras schalten bei schlechten Lichtverhältnissen in den Schwarz/Weiß-Modus um und erzeugen selbst bei äußerst geringem Licht noch gute Bilder. In diesem Modus arbeiten die Kameras nicht mit dem normalen sichtbaren Tageslicht, sondern mit IR-Licht.

Die Sensoren dieser Kameras sind im IR-Bereich empfindlich, weshalb solche Kameras im Infrarotbereich mehr sehen als eine normale Kamera. Bei ausreichenden Lichtverhältnissen hält bei Tag/Nacht-Kameras ein ausschwenkbarer Sperrfilter das IR-Licht ab, da es zu einer falschen Farbwiedergabe führen würde.

Doch weshalb sind auch für diese Kameras besondere Objektive nötig? Verwendet man eine Tag/Nacht-Kamera mit einem normalen Objektiv, dann wird das Bild unscharf, wenn vom Tag- in den Nacht-Modus umgeschaltet wird. Das liegt daran, dass IR-Licht von Glas anders gebrochen wird als sichtbares Licht.

Bild: Fujinon
Aufnahmen der gleichen Szene am Tag (li.) sowie nachts mit einem nicht IR-korrigierten Objektiv und einem IR-korrigierten Objektiv (re.). (Bild: Fujinon)

Die Fokussierung, das heißt der Punkt, indem sich die Lichtstrahlen treffen, liegt bei normalen Objektiven für IR-Licht hinter dem Punkt für Tageslicht. Bei Tag/Nacht-Objektiven tritt dieser Effekt nicht auf; das Bild bleibt in beiden Kameraeinstellungen scharf. Spezielle Beschichtungen verhindern ein Reflektieren des Infrarotlichts im Objektiv, so dass diese Objektive mehr Infrarotlicht durchlassen als normale Optiken.

Mittlerweile gibt es auch Tag/Nacht-Megapixel-Objektive mit einer Auflösung von drei Millionen Pixeln.

Zoomobjektive für Tag & Nachteinsatz

Zoomobjektive ermöglichen es, sehr große Areale zu überblicken. Details lassen sich vergrößern und sensible Bereiche somit effizient überwachen. Ein Hersteller hat das weltweit erste Megapixel-Zoomobjektiv in kompakter Bauweise für Tag/Nacht-Megapixelkameras bereits vorgestellt.

Dieses Objektiv liefert bei einer Brennweite von zehn bis 320 Millimetern durchgehend ein Auflösung von mindestens 1,3 Millionen Pixeln. Durch die Kombination aufwändiger Beschichtungen und spezieller optischer Elemente wird eine extrem hohe Transmission für IR-Licht erzielt – und das ohne mechanische Korrekturelemente.

Bild: Videor
Die hohe Auflösung von Megapixel-Zoomobjektiven erlaubt kompakte Komplettsysteme inklusive Megapixel-IP-Kamera, S/N-Kopf und Wetterschutzgehäuse. (Bild: Videor)

Die hohe Auflösung erlaubt die Kombination von optischem und digitalem Zoom und ermöglicht so sehr leistungsfähige Systeme in kompakter Bauform. Ein gelungenes Beispiel ist das jüngst von einem Distributor vorgestellte System, bei dem eine Netzwerkkamera mit 2,3 Millionen Pixel Auflösung mit einem Megapixel-Zoomobjektiv zum Einsatz kommt.

Das System entspricht einem 60fach Zoom, wobei das verwendete Objektiv von der Bauform fast 50 Prozent kleiner ist als ein optisches 60fach Zoomobjektiv. Gehäuse und Schwenk-/Neigekopf fallen so deutlich kleiner aus. Da das gesamte System über ein einziges LAN-Kabel gesteuert wird, das gleichzeitig die Bilddaten und sämtliche Steuersignale überträgt, lässt es sich leicht in bestehende Videoüberwachungsanlagen integrieren.

Fazit

Vor kaum drei Jahren zum ersten Mal für Videoüberwachungskameras erhältlich, werden Megapixelobjektive heute von verschiedenen Herstellern in festbrennweitigen Versionen oder als Varifokal- und Zoomobjektive angeboten. Ebenso gibt es mittlerweile speziell für hochauflösende Tag/Nacht- oder Netzwerkkameras entwickelte Objektivserien mit entsprechenden Eigenschaften.

Erst seit relativ kurzer Zeit auf dem Markt sind hochauflösende Weitwinkel- und Ultraweitwinkel-Objektive. Sie erweitern mit ihrer aufwändigen Objektivkonstruktion und innovativen Technologien die Einsatzmöglichkeiten im Bereich hochauflösender Videoüberwachungssysteme.

Bei der Wahl des Megapixelobjektivs ist die Art der Anwendung entscheidend, beziehungsweise die zu diesem Zweck eingesetzte IP- oder Megapixelkamera: Jahrzehntelange Erfahrung, eine große Objektivauswahl und qualifizierte Beratung helfen, das für die jeweilige Überwachungssituation am besten geeignete Megapixelobjektiv zu finden.

Eine erste Orientierung bietet beispielsweise der Produktvergleich über praktische Tools auf der Website eines Distributors, bei dem sich die Megapixelobjektive der führenden Hersteller direkt miteinander vergleichen lassen.

Bernhard Uhlhaas, Sales Representative CCTV Sales bei der Fujinon (Europe) GmbH.

Markus Kissel, Public Relations für die Videor E. Hartig GmbH.

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Gerichtsverwertbarkeit von Videobildern

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2010, S. 50

Unverfälschte Beweiskraft

Ein Einbruch ist passiert, der Ärger um den entstandenen Schaden ist groß. Zum Glück besitzt man eine Videoanlage, mit der sich der Vorfall sicher aufklären lässt. Doch oftmals folgt beim Betrachten der Bilder die große Ernüchterung: Man sieht, dass ein Diebstahl stattfindet, den Täter kann man auf dem Video allerdings nicht erkennen. Und dabei hatte man doch extra das Gerät gewählt, dessen Aufnahmen laut Beschreibung „vor Gericht zugelassen sind“. Was verbirgt sich eigentlich hinter dem Begriff „Gerichtsverwertbarkeit“ und was muss man als Anwender beachten?

Bild: Dallmeier
Die richtige Technik richtig installiert und dazu noch der Nachweis, dass die Bilder manipulationsgeschützt sind – das sind die wichtigsten Punkte, die es beim Thema „Gerichtsverwertbarkeit von Videoaufzeichnungen“ zu beachten gilt. (Bild: Dallmeier)

„Gerichtsverwertbarkeit“ heißt, dass die Videoaufnahmen als Beweismittel vor Gericht anerkannt und zugelassen sind. Um dies zu bestätigen, gibt es ein Zertifikat, das von LGC Forensics, früher bekannt als Kalagate, ausgestellt wird. LGC Forensics prüft, ob der Recorder über einen Verschlüsselungsschutz verfügt, der vor Fremdzugriff in das „geschlossene“ System schützt und eine Manipulation von außen verhindert.

Außerdem müssen die Aufzeichnungsgeräte fälschungssicher gestaltet werden, um die Unverfälschtheit der Bilder nachzuweisen. Kurz gesagt: Es muss sichergestellt werden, dass die Bilder auf dem Weg vom Aufzeichnungsgerät bis zum Gericht nicht verändert wurden, zum Beispiel bei der Auslagerung auf CD.

Wasserzeichen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Manipulationsversuch zu verhindern. Ein Verfahren besteht darin, ein elektronisches Wasserzeichen einzubauen. Das heißt: Es werden gewisse Informationen, so genannte Wasserzeichen, beim Schreibprozess auf den Recorder mit in das Bild eingebunden. Versucht man später, das Bild in irgendeiner Weise zu bearbeiten oder zu verändern, wird das Wasserzeichen automatisch gelöscht. Um die Unverfälschtheit der Bilder nachzuweisen, genügt eine Überprüfung, ob das Wasserzeichen noch vorhanden ist.

Die Bestätigung über die „Gerichtsverwertbarkeit“ der Bilder beschäftigt sich also nur mit dem Weg vom Aufzeichnungsgerät zum Gericht – es sagt aber nichts darüber aus, welche Qualität die Bilder haben.

Wahl der richtigen Technik

Die Wahl der richtigen Technik spielt also eine wichtige Rolle. Bereits bei der Entscheidung für eine bestimmte Kamera sollte man sich Gedanken machen, was man später eigentlich mit den Bildern erreichen will. Also: Will ich wahrnehmen, detektieren, erkennen oder gar identifizieren? Wahrnehmen heißt: Man beobachtet, dass da „etwas“ ist.

Bei einer Detektion sieht man, dass es sich um einen Menschen und nicht etwa um ein Tier handelt. Noch genauer ist die Erkennung, also: Es ist eine Frau und kein Mann. Die detaillierteste Stufe schließlich ist die Identifizierung: Man erkennt, dass es sich um „Frau XY“ handelt.

Solche Überlegungen muss man vor der Installation einer Überwachungsanlage anstellen. Wenn man beispielsweise nur einen groben Überblick über einen weitläufigen Parkplatz haben will, darf man später nicht erwarten, ein einzelnes Nummernschild erkennen zu können.

Pixel bleibt Pixel

Gerade in Bezug auf die neue High-Definition-Technologie (HD) kommt es häufig zum so genannten „Pixel-“ oder „Auflösungsirrtum“. Mit einer hochwertigen HD-Kamera, die im 16:9 Bildformat aufnimmt, hat man einen größeren Bereich im Blick als mit einer herkömmlichen Standard-Definition-Kamera (SD) – bei einer Tankstelle sieht man jetzt vielleicht alle drei Tanksäulen, wo man vorher nur zwei im Bild hatte.

Eine hervorragende Tiefenschärfe und ein Auflösungsgewinn gegenüber 4CIF sind weitere Vorteile, auch der Zoom bietet entsprechende Möglichkeiten. Für eine Übersichtskamera sind das hervorragende Eigenschaften – aber kein „Allheilmittel“. Um beispielsweise ein Gesicht identifizieren zu können, muss das Gesicht im Bild mindestens eine Breite von 150 Pixel aufweisen – das gilt für Standard-Definition genauso wie für High-Definition.

Wo man früher also entsprechende Berechnungen anstellte, um das passende Objektiv auszuwählen, wird dies bei HD-Technologie oftmals vernachlässigt – „man kann ja zoomen“. Aber letztendlich gilt: Pixel bleibt Pixel, da hilft auch der beste Zoom nichts. Wenn das Ziel also „Identifizierung von Personen“ lautet, sollte sichergestellt werden, dass die tatsächliche Pixelgröße, die für die Identifizierung eines Gesichts nötig ist, auch erreicht wird.

Lichtempfindlichkeit

Ein weiterer Punkt: Je mehr Pixel eine Kamera hat, desto weniger lichtempfindlich ist sie! In der Regel wird man bei Nachtsituationen mit einer Megapixelkamera schlechtere Ergebnisse erzielen als mit einer SD-Kamera.

Oft treten bei Megapixelkameras Wischeffekte bei Bewegung auf – um dies zu vermeiden, kann man kürzere Verschlusszeiten wählen, sollte aber bedenken, dass dann wiederum ausreichend Licht nötig ist. Apropos Licht: Wenn die Kamera extremen Lichtbedingungen ausgesetzt ist, zum Beispiel starkem Gegenlicht durch große Glasfassaden, sollte man sicherstellen, dass sie solche Situationen auch meistern kann, denn oftmals ist ein hohes Dynamikverhalten wichtiger als die Anzahl der Pixel.

Man sollte auch abwägen, ob die Beobachtung aus mehreren Perspektiven besser ist als ein einziger weitwinkliger Blickwinkel mit HD oder Megapixel. Beim Errichten einer Videoanlage sollte immer die beste Technik für die jeweilige Anforderung geplant werden.

Neben der Kamera ist natürlich auch die Wahl des passendes Aufzeichnungsgerätes von Bedeutung. Kann der Recorder in genügend hoher Auflösung aufzeichnen? Arbeitet das Gerät zuverlässig und bietet eine hohe Ausfallsicherheit? Denn was nützt es, wenn die Bilder vor Gericht zugelassen sind, der Recorder im entscheidenden Moment aber gerade ausgefallen ist?

Richtige Installation

Selbst die beste Technik nutzt nichts, wenn sie falsch installiert wurde. Wenn das Gesicht des Kunden, der an der Kasse zahlt, erkannt werden soll, muss die Kamera in einem möglichst flachen Winkel zum Gesicht angebracht werden. Wird sie hingegen an der Decke montiert, kann man zwar den Hut oder Scheitel des Kunden erkennen, aber – vorausgesetzt er sieht nicht zufällig nach oben direkt in die Kamera – nicht sein Gesicht.

Ein anderer Aspekt: Je größer die Brennweite, desto höher ist der tote Winkel vor der Kamera. Im ungünstigsten Fall könnte das heißen: Man sieht auf den Aufzeichnungen, dass weiter hinten im Laden gerade etwas Verdächtiges passiert, kann die Person auf die Entfernung allerdings noch nicht identifizieren. Sobald sie sich aber der Kamera nähert, steht sie im toten Winkel und wird von der Kamera überhaupt nicht mehr erfasst.

Dies sind nur zwei Beispiele von vielen, die in der Praxis leider immer wieder vorkommen. Dabei könnten solche Fehler leicht vermieden werden, wenn man sich bereits im Vorfeld Gedanken macht, was man mit den Bildern erreichen will.

Die richtige Kombination macht’s

Die richtige Technik richtig installiert und dazu noch der Nachweis, dass die Bilder manipulationsgeschützt sind – das sind die wichtigsten Punkte, die es beim Thema „Gerichtsverwertbarkeit von Videoaufzeichnungen“ zu beachten gilt.

Gerade neue Technologien, wie etwa Megapixel- oder High-Definition-Kameras, bieten zahlreiche Möglichkeiten und Vorteile. Immer vorausgesetzt natürlich, dass sie richtig eingesetzt werden. Vor einer Kaufentscheidung sollte man sich also genau überlegen, welches Ziel man mit der Überwachung eigentlich erreichen will und die Anlage entsprechend planen.

Armin Biersack, Manager Application Engineering bei der Dallmeier Electronic GmbH & Co. KG

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Beleuchtung in der Videoüberwachung

Artikel aus VIEW 02.11 (Kundenmagazin der Videor E. Hartig GmbH)

Und es ward Licht

Kriterien für eine professionelle Beleuchtung in der VideoüberwachungDie Bedeutung einer professionellen Beleuchtung in der Videoüberwachung kann kaum hoch genug eingeschätzt werden. Ohne Licht rauschen die Bilder, so dass schlimmstenfalls nichts mehr zu erkennen ist. Welche Möglichkeiten die aktuelle Technik bietet und welche Punkte bei Auswahl und Installation beachtet werden sollten, ist Thema des Fachartikels.Gleich nach Himmel und Erde erschuf Gott das Licht. Und nicht nur das: Gott sah auch, „dass das Licht gut war“. So heißt es zumindest in der Schöpfungsgeschichte im 1. Buch Mose. Bezogen auf die Videoüberwachung kann man sagen, dass Licht nicht nur gut, sondern unverzichtbar ist. Vollständige Dunkelheit zu überwachen macht einfach wenig Sinn. Einer professionellen Beleuchtung kommt daher bei zahlreichen Applikationen eine besondere Bedeutung zu. Denn so einfach wie Gott, der einfach nur „Es werde Licht“ sagen musste, „und es ward Licht“, haben wir es leider nicht. Produkte müssen passend zum jeweiligen Einsatzort und -zweck ausgewählt und dann auch noch richtig installiert werden. Welche Möglichkeiten bieten die aktuellen Technologien? Was sind die jeweiligen Vor- und Nachteile? Was gilt es bei der Installation zu beachten? Gibt es Besonderheiten bei der IP-basierten Videoüberwachung?

Was ist Licht?
Keine Sorge, an dieser Stelle folgt keine wissenschaftliche Abhandlung. Es sollen nur die für die Praxis wesentlichen Grundlagen vermittelt werden. Licht ist Energie in Form von elektromagnetischen Strahlungen, die aber nur zu einem geringen Teil vom menschlichen Auge überhaupt gesehen werden können. Der sichtbare Bereich liegt etwa bei einer Wellenlänge zwischen 380nm und 740nm. Genau lässt sich die Grenze nicht ziehen, da die Wahrnehmung nicht abrupt, sondern allmählich abnimmt. Zum Teil wird in der Fachliteratur auch von einem geringeren Bereich zwischen 400nm (violett) und 700nm (rot) ausgegangen. Dazwischen liegen alle weiteren Farben, wie Blau, Grün, Gelb etc., die zusammengenommen als Weißlicht erscheinen. Eine Kamera kann aber im Gegensatz zum menschlichen Auge auch Wellenlängen jenseits der genannten Werte wahrnehmen. Wellenlängen, die zwischen 700nm und 1100nm liegen, werden als Nahinfrarot bezeichnet und können von einer Kamera im Schwarz-/ Weißmodus erfasst und so z.B. auf einem Monitor dargestellt werden.

Weißlicht- oder Infrarot-Scheinwerfer?
Als erstes muss entschieden werden, ob der jeweilige Bereich nachts in Farbe oder in Schwarz/Weiß überwacht werden soll, ob also Weißlicht- oder Infrarot- Scheinwerfer zum Einsatz kommen sollen. Weißlicht- Scheinwerfer mit einem Wellenlängenbereich von 400nm bis 700nm werden häufig von Endanwendern bevorzugt, da die Farbbilder zusätzliche Informationen beinhalten und unsere Sehgewohnheiten sich an sie gewöhnt haben. Zudem haben die Scheinwerfer, wenn sie dauerhaft eingeschaltet sind und nicht nur bei detektierter Bewegung, eine präventive Funktion, da ihr grelles Licht abschreckend wirkt. Allerdings sollte ihr Einsatz dennoch gut überlegt sein, denn Personen, die auf dem benachbarten Grundstück wohnen oder arbeiten, könnten durch die sehr hellen Scheinwerfer belästigt werden. Diskreter sind Infrarot-Scheinwerfer, deren Licht – je nach Wellenlänge – kaum oder überhaupt nicht zu erkennen ist. Bei einer Wellenlänge von 715nm bis 730nm erscheint das Licht als rotes Leuchten wie bei einer Verkehrsampel. Bei 815nm bis 850nm ist das Licht nur noch als leichtes rötliches Schimmern wahrzunehmen. Liegt die Wellenlänge zwischen 940 bis 950nm, ist das Licht vollkommen unsichtbar für das menschliche Auge. Allerdings bekommen auch Kameras, je höher die Wellenlänge ist, Schwierigkeiten die Bilder korrekt einzufangen. Daher werden bei Wellenlängen von 940nm bis 950nm Kameras mit sehr hoher Empfindlichkeit und hochperfomanten Objektiven benötigt.

Wahl der Leuchtmittel
Glühlampen, zu denen auch Halogenlampen zählen, eignen sich aufgrund der geringen Effizienz nur sehr bedingt für den Einsatz in der Videoüberwachung, da gut 90 Prozent der Leistung nicht in Licht, sondern in Wärme umgesetzt werden. Wenn also nicht gerade Ihre Heizung ausgefallen ist oder Sie den Einbrechern einen besonders warmen Empfang bereiten wollen, sollten Sie auf diese Art Leuchtmittel verzichten. Hochdruck- Gasentladungslampen oder auch HID-Lampen eignen sich prinzipiell für CCTV-Anwendungen, da sie eine gute Farbwiedergabe haben und mit bis zu 12.000 Betriebsstunden langlebig sind. Allerdings starten sie sehr langsam und benötigen bis zu drei Minuten, bis sie die volle Helligkeit erreicht haben. Hat man sie einmal ausgeschaltet, muss man warten, bis man sie wieder anschalten kann, um das Leuchtmittel nicht zu beschädigen. Aus diesem Grund wird heute bei professioneller CCTV-Beleuchtung fast ausschließlich auf LED-Technologie zurückgegriffen, die äußerst effizient ist und eine Betriebsdauer von bis zu 100.000 Stunden ermöglicht. Leuchtdioden sind elektronische Halbleiter-Bauelemente, die Licht ausstrahlen, wenn in Durchlassrichtung Strom fließt. Im Gegensatz zu Glühlampen handelt es sich also nicht um thermische Strahler.

Strahlausbreitung
Vor der Installation muss entschieden werden, welche Strahlausbreitung benötigt wird, also wie groß der Winkel des zu beleuchtenden Bereichs ist. Die Strahlausbreitung muss dabei dem Blickfeld der Kamera entsprechen. Fängt die Kamera nur einen schmalen, weiter entfernten Bereich ein, sollte ein Spot-Scheinwerfer mit einem spitzen Winkel gewählt werden, der eine entsprechende weite Leuchtreichweite vorzuweisen hat. Überwacht die Kamera hingegen einen breiten Bereich mit einem weitwinkligen Objektiv, ist ein Scheinwerfer mit einem Winkel von z.B. 60° vorzuziehen. Generell gilt: Je spitzer der Winkel, umso weiter kann der Scheinwerfer strahlen, so dass bei einer Strahlausbreitung von 5° Reichweiten von bis zu 700 Metern möglich sind. Wenn der Winkel erst vor Ort genauer spezifiziert werden kann, ist die Adaptive Illumination™ Technologie von Raytec praktisch, die eine flexiblere Einstellung der Strahlausbreitung und damit auch der Reichweite am Einsatzplatz selbst ermöglicht. Soll ein Gebiet ausgeleuchtet werden, das gleichermaßen weit entfernte Bereiche beinhaltet als auch große Flächen, muss gegebenenfalls die Anzahl der Scheinwerfer erhöht werden. Hierbei gilt die Faustregel: Um die Reichweite der Beleuchtung bei gleicher Intensität zu verdoppeln, benötige ich vier Scheinwerfer anstelle von einem.

Auswahl von Kamera und Objektiv
Generell sollte für die Überwachung bei wenig Licht bzw. Dunkelheit, auch wenn Beleuchtung zum Einsatz kommt, eine Kamera mit einer hohen Empfindlichkeit und Tag-/Nachtfunktionalität gewählt werden, die über einen schwenkbaren IR-Sperrfilter verfügt und automatisch in den Schwarz-/Weißmodus wechselt, wenn die zur Verfügung stehende Lichtmenge abnimmt. Bei der Auswahl des Objektivs sollte auf einen möglichst niedrigen Wert beim Blendenbereich (F) geachtet werden – einfach ausgedrückt: Je niedriger der F-Wert, desto mehr Licht kommt beim Kamerasensor an. Besonders gut eignen sich Objektive mit asphärischer Technologie, die auch bei wenig Licht gute Bilder produzieren, und natürlich auch IR-korrigierte Optiken. Insbesondere wenn Bereiche von überschaubarer Größe überwacht und beleuchtet werden sollen, bieten sich auch Kameras mit bereits integrierter Beleuchtung an, mit denen ebenfalls Reichweiten von bis zu 80 Metern realisiert werden können. Diese sind eine kosteneffektive Alternative und sollten daher bei kleineren Applikationen stets berücksichtigt werden.

Besonderheiten bei IP
Bezogen auf den Einsatz in IP-basierten Videoüberwachungsanlagen kommt der Beleuchtung eine noch größere Bedeutung zu als bei analogen Systemen. Zum einen nimmt mit steigender Auflösung der IP Kameras die Empfindlichkeit ab, so dass ohne zusätzliche Beleuchtung die Bilder in einem einzigen Rauschen untergehen. Darüber hinaus müssen neben dem Wunsch, hochqualitative Videobilder zu erzielen, noch weitere Faktoren berücksichtigt werden, wie die Reduktion des Bandbereiten- und des Speicherbedarfs und die Unterstützung von in der Kamera oder in der Software implementierter Analysefunktionen. Mit der passenden Beleuchtung können der Bandbreiten- und der Speicherbedarf um bis zu 80 Prozent reduziert werden. Dies resultiert daraus, dass das Bildrauschen eine effiziente Komprimierung des Videosignals erschwert und die Daten – bei einem starken Rauschen – fast umkomprimiert übertragen werden. Also sollte gerade bei der IP-basierten Überwachung Wert auf eine hervorragende Beleuchtung gelegt werden. Wenn zusätzlicher Verkabelungsaufwand vermieden werden soll, können auch Scheinwerfer verwendet werden, die, wie zahlreiche IP-Kameras, mit Power-over-Ethernet arbeiten.

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