Grundlagen der Videoüberwachungstechnik: Überwachungskamera- und Objektiv-Auswahl

Warum Überwachungskameras für 12V Versorgung:

Es wird zwar ein separates Netzteil benötigt, jedoch sind die Überwachungskameras damit ausfallsicherer und durch die galvanische Trennung des Videoausgangs vom Schutzleiter können keine Brummströme (Potentialunterschied der Erdung von Kamera und Monitor) entstehen. Wenn tatsächlich mal etwas defekt wird, sind es meist die Netzteile. Ein separates ist schnell u. kostengünstig gewechselt. Ist das Netzteil in der Überwachungskamera eingebaut, muß meist eine komplett neue Videokamera angeschafft werden. Für den Außeneinsatz ist ein Wetterschutzgehäuse mit integriertem 12V-Netzteil ideal.

Besser CCD-Überwachungskameras als CMOS:

Im Vergleich zu Überwachungskameras mit einfachen CMOS-Bildaufnehmern sind die Bilder bei CCD-Sensoren schärfer und kontrastreicher. Darüberhinaus ist die Lichtempfindlichkeit der CCD-Überwachungskameras wesentlich höher. Nicht blind auf technische Daten vertrauen, trotz besserer Werte für Auflösung und Lichtempfindlichkeit sind die Resultate in der Praxis meist enttäuschend. Apropos Lichtempfindlichkeit, die Lux-Werte sind in der Praxis oft gar nicht relevant. Um Farbverfälschungen zu vermeiden, besitzen Farb-Überwachungskameras einen IR-Sperrfilter. Trotz evtl. extrem hoher Lichtempfindlichkeit machen sie daher im Außenbereich bei Infrarotbeleuchtung überhaupt keinen Sinn. Zur Bewertung der Lichtempfindlichkeit ist unbedingt die Definition zu beachten. Es ist, die bei einer Farbtemperatur von 2865° Kelvin vom Objekt reflektierte Beleuchtung, gemessen am Objektiv, bei der von der Überwachungskamera noch ein Videosignal mit 50 % der Normalamplitude erzeugt wird. Die Lichtempfindlichkeit des Bildaufnehmers hängt auch von der Wellenlänge des Lichtes ab. Die Spektral-Empfindlichkeitskurve der Überwachungskamera gibt hier Aufschluß. So sind ältere 2/3" oder 1/2" Überwachungskameras deutlich empfindlicher im IR-Bereich als aktuelle 1/3" oder gar 1/4" Videokameras.

Die Bildqualität hängt entscheidend vom Objektiv ab :

Für die "großen" Industrie CCD-Überwachungskameras sind hochwertige CCTV-Objektive nutzbar, mit denen die guten Eigenschaften der Kamera erhalten bleiben. Das standardisierte Gewinde (CS-Mount) ermöglicht den Einsatz aller CCTV-Objektive. Bei geringer Scenenbeleuchtung (Schummerlicht) sind lichtstarke Objektive der Lichtstärke F1.2 oder noch besser F1.0 nutzbar. Die "kleinen" Überwachungskameras besitzen immer Mini-Objektive (Lichtstärke F2.0 und schlechter), die optisch nur eine "Krücke" sind. Lichtempfindlichkeit und Bildqualität leiden. Die guten technischen Daten der Überwachungskamera kommen nicht vollends zur Geltung.

Automatik-Objektive:

Für hochauflösend Industrie-Überwachungskameras (ab 480 TV-Linien) sollten auch hochauflösende CCTV-Objektive eingesetzt werden. Im Außeneinsatz bei großer Helligkeit durch Sonneneinstrahlung sind Automatik-Objektive die beste Wahl. Aber auch im Inneneinsatz und besonders bei Gegenlicht (Kamera "sieht" in Richtung Schaufenster) sind Automatik-Objektive von Vorteil. Der Schärfentiefenbereich ist, bezogen auf die Lichtverhältnisse immer maximal groß, das Bild wirkt plastischer, kontrastreicher, Farben erscheinen natürlicher. Auch wenn hochwertige CCD-Überwachungskameras bereits sehr preiswert sind, darf nicht am Objektiv gespart werden. Für Automatik-Objetive ist neben der optischen Qualität des Linsen-Systems, die Lebensdauer der elektro-mechanischen Blendensteuerung (Galvanometrik) wichtig.

Asphärische CCTV-Objektive:

Objektive dienen in der Optik der Projektion von Lichtwellen auf entsprechenden Medien. Während in einem Projektor eine Optik zur Vergrößerung eines Lichtbündels verwendet wird, verhält sich dies im Falle einer Überwachungskamera umgekehrt. Große Gegenstände werden auf den Punkt genau bspw. auf einen Bildaufnehmer-Chip projiziert. Im menschlichen Auge leistet dies der Glaskörper, während die farbige Iris die Lichtmenge regelt. Im Objektiv verändert der manuelle Versatz der Linsenelemente die Brennweite und somit den Bildausschnitt. Die manuelle oder automatische Blende steuert, der menschlichen Iris gleich, den Lichteinfall. Die maximale Blendenöffnung bzw. Lichtstärke des Objektivs spielt eine maßgebliche Rolle im Bezug auf den Einsatz der Optiken bei ungewöhnlicheren Lichtverhältnissen. Je besser und exakter das Licht in der Optik gebündelt werden kann, desto hochauflösender, schärfer und brillanter wird die Abbildung auf dem Aufnahmemedium. Verzeichnungen, Brechungen und Reflexionen spielen dabei eine ausgesprochen große Rolle, so dass nur exakteste Linsenelemente eine gute Bildqualität garantieren. computar setzt in den neuesten Generationen auf asphärische Linsensätze, die diese Qualität gewährleisten und sich durch ihre Lichtstärke auszeichnen. Durch die besondere Form einzelner asphärischer Linsen in einer Objektivkonstruktion wird eine bedeutend bessere Bündelung der über die gesamte Glaslinsenfläche hinweg einfallenden Lichtstrahlen erreicht. Dadurch kann die nutzbare relative Öffnung eines Objektives stark vergrößert werden, d. h. 2x mehr Licht erreicht den CCD-Chip. Bei Farb-Überwachungskameras ist es besonders wünschenswert,wegen der begrenzten Lichtempfindlichkeit ein hochlichtstarkes Objektiv einzusetzen. Das Bild ist rauschfreier und schärfer, hat eine bessere Farbwiedergabe und bietet für eine Aufzeichnung auf Band oder auf digitalem Datenträger ein wesentlich besseres Videosignal für eine hohe Wiedergabe- bzw. Ausdruckqualität. Bei S/W-Überwachungskameras kann u. U. auf eine Zusatzbeleuchtung verzichtet werden, weil z. B. eine Straßenbeleuchtung die Szene ausreichend erhellt. Der somit korrigierte Strahlengang projiziert ein schärferes Abbild, mit wesentlich besserer Kantenschärfe und höherer Verzeichnungsfreiheit bis in die Bildecken.

IR-korrigierte CCTV-Objektive:

Für SW- und Tag-/Nacht-Überwachungskameras sind unbedingt IR-korrigierte/vergütete CCTV-Objektive zu verwenden. Objektive, die alle Anforderungen im hohen Maß erfüllen sind die IR-korrigierten Objektive von computar und PENTAX, wie zum Beispiel das IR-vergütete Automatik-Vario-Objektiv TS3V310ED(HK) von PENTAX. Es stellt den meist benötigten Brennweitenbereich von (3,0 bis 8)mm zur Verfügung und besitzt eine sehr hohe Lichtstärke von F1.0. Das Objektiv ist für IR-empfindliche Farb-Überwachungskameras (nicht nur Tag-/Nacht-Überwachungskameras) konstruiert worden. Am Tage ist eine unverfälschte Wiedergabe der Farbe möglich. Durch besondere optische Korrekturen ensteht, beim Wechsel von sichtbarem Licht auf IR-Beleuchtung oder gleichzeitigem Vorhandensein beider Lichtquellen, ein Bild ohne Unschärfen oder Geisterbilder, die sonst durch die Fokusverschiebung entstünden. Dieses Objektiv ist auch empfehlenswert für S/W-Überwachungskameras. Besonders IR-reflektierende Flächen (wie Bäume und Wiesen) werden nicht mehr schneeweiß, sondern kontrastreicher in realitätsnahen Grauwerten abgebildet.

C/CS-Mount Objektiv-Anschlüsse:

CCTV-Objektive mit C-Mount-Gewinde sind für die Verwendung mit Überwachungskameras bestimmt, die über einen C-Mount-Anschluß verfügen. Sie können auch an Videokameras mit CS-Mount-Anschluß befestigt werden, wenn zusätzlich ein 5 mm Ringadapter benutzt wird. Dieser verlängert das Auflagemaß, das bei CS-Mount-Kameras 12,526 mm beträgt, auf die für das C-Mount-Objektiv vorausgesetzten 17,526 mm. Objektive mit CS-Mount-Gewinde können nur an Überwachungskameras mit CS-Mount-Anschluß eingesetzt werden, nicht aber an Kameras mit C-Mount-Anschluß. CS-Mount-Objektive sind für ein Auflagemaß von 12,526 mm gerechnet, wogegen eine C-Mount-Überwachungskamera mit einem Auflagemaß von 17,526 mm konstruiert ist.

Montage von automatischen CCTV-Objektiven an Überwachungskameras:

Automatische DC- und AI- Objektive:

Wichtig die Überwachungskamera immer auf Zeitsteuerung AES=OFF und DC bzw. AI stellen. Die Blende der Objektive wird elektrisch über ein Kabel von der Überwachungskamera gesteuert (von ganz offen bis fast geschlossen).

Bei ganz offener Blende hat das Objektiv den geringsten Schärfentiefenbereich. Die Video-Überwachungskamera regelt die Blende aber nur soweit auf bis sie genug Licht erhält, somit ist der Schärfentiefenbereich immer der größtmögliche bezogen auf die Lichtverhältnisse. Bei wenig Licht bietet das Automatik-Objektiv daher keinen Vorteil zum manuellen Obkjektiv. Bei viel Licht verhindert es den Smear-Effekt (siehe manuelle Objektive), bewirkt eine große Schärfentiefe und damit auch kontrastreichere Bilder.

Im Außeneinsatz mit starker Sonneneinstrahlung bieten die blendengesteuerten CCTV-Objektive die beste Bildqualität. DC-Objektive (Gleichspannungs-Gesteuert) sind preiswerter als AI-Objektive (auch VSS genannt) da sie nur die Galvanometrik zur Blendensteuerung besitzen und auf die Vergleichselektronik der Video-Überwachungskamera angewiesen sind. In modernen CCD-Überwachungskameras ist diese meist eingebaut, so daß AI-Objektive (mit Vergleichsverstärker) nur selten nötig sind. Meist lassen sich beide Typen von Automatik-Objektiven an die Überwachungskameras anschließen. Bei älteren bzw. großformatigen Objektiven (1/2" und 2/3") mit C-Mount Gewinde und Überwachungskameras mit CS-Mount (meistens) ist ein 5mm Zwischenring (liegt meist der Videokamera bei) zu verwenden.

Bei Vario-Objektiven läßt sich neben Blende und Schärfe (Fokus) auch die Brennweite manuelle variieren. Sollte das Vario-Objektiv sich nicht scharfstellen lassen (beim Vario evtl. nur der Tele oder Weitwinkelbereich) ist das Auflagemaß der Überwachungskamer zu ändern. Hierzu wird der Gewinde-Einsatz (zur Objektiv-Aufnahme) der Überwachungskamera gelöst (meist mittels kleiner Imbu-Schraube) etwas heraus- oder hinein-gedreht und wieder arretiert. Der Vorgang wird wiederholt bis das Objektiv sich für alle Brennweiten (Vario) fokussieren läßt.