Обяснение на F-числото за нощно виждане: F1.0 срещу F1.2 срещу F1.4

Как апертурата влияе върху събирането на светлина и производителността при слаба светлина

Беше облачна нощ в хълмовете, без луна и такъв мрак, че не можеш да видиш собствените си ботуши.

Двама приятели, Марк и Дан, седяха на ръба на билото, всеки с монокъл за нощно виждане. Бяха ги купили с разлика от няколко седмици и оттогава спореха кой е по-добър. Обективът на Марк беше маркиран с F1.0. Дан каза F1.2.

През първия час те почти не забелязаха разлика. Тогава облаците се сгъстиха и горската основа потъна в почти пълен мрак. Образът на Марк остана работещ малко по-дълго. Дан започна да изглежда по-слаб и зърнест. Дан присви очи, сви рамене и каза това, което много хора казват в този момент: „Значи F1.0 просто печели, нали?“

Не точно. Това ръководство обяснява какво означава този номер на обектива, какво всъщност разделя F1.0, F1.2 и F1.4 и как да помислите за това, преди да купите.

1. Какво е F-число в нощното виждане?

F-числото (наричано още f-stop или просто стойността на блендата) описва колко „отворен“ е един обектив спрямо неговото фокусно разстояние. Потребителите на камерата ще го разпознаят и той работи по същия начин на обектив за нощно виждане:

F-число=Фокусно разстояние ÷ Диаметър на блендата

Вземете обектив с 25 мм фокусно разстояние и 25 мм бленда. Неговото F-число е 1.0. Запазете фокусното разстояние на 25 mm, но свийте блендата до около 21 mm и ще получите приблизително F1.2.

Ето защо по-малко F-число обикновено означава по-голям относителен отвор. Обективът може да събира повече светлина за дадено фокусно разстояние.

В устройство за нощно виждане F-номерът принадлежи къмсистема от обективни лещи, оптиката отпред, която събира околната светлина и я фокусира върху тръбата за усилване на изображението. Не описва самата тръба. Това разграничение се появява отново по-късно.

2. F1.0 срещу F1.2 срещу F1.4: Каква е разликата?

Ето как трите се сравняват на практика:

F-число	Относителна бленда	Способност за събиране на светлина	Изпълнение при слаба светлина
F1.0	По-голям	По-високо	Отлично
F1.2	Средно голям	високо	много добре
F1.4	По-малък	По-ниска	добре

F1.0има най-голямата относителна бленда от трите. Повече светлина може да достигне до системата за същото време, така че е подходяща за много тъмни среди, където всяка част от наличната светлина има значение.

F1.2събира малко по-малко светлина от F1.0, но все пак е с голяма бленда. За много дизайни това е разумна среда между производителност, размер и цена.

F1.4има по-малък относителен отвор и отново пропуска по-малко светлина. При много тъмни условия може да постави повече изисквания към тръбата за усилване на изображението, за да създаде използваема картина.

Едно внимание: таблицата описва събирането на светлина, а не цялостното качество на изображението. F-числото е един вход сред няколко. Ще се върнем към това.

3. Как F-числото влияе на пропускането на светлина?

Количеството светлина, което обективът събира, варира приблизително с квадрата на блендата, така че се променя с 1 ÷ (F-число)². При иначе идентични условия, теоретичното сравнение изглежда така:

F1.0 срещу F1.2:около 1,4 × светлината (1,2² ÷ 1,0²)

F1.2 срещу F1.4:около 1,4 × светлината (1,4² ÷ 1,2² ≈ 1,36)

F1.0 срещу F1.4:около 2 пъти светлината, приблизително една точка

Това са идеализирани фигури. Истинските лещи губят малко светлина поради поглъщането на стъклото и повърхностните отражения, поради което покритията имат значение (вижте раздел 6).

Изкушаващо е да обобщим всичко това като „по-ярък образ“, но това подценява случващото се. Устройството за нощно виждане не се опитва да произведе възможно най-ярката картина. Опитва се да превърне много малко налична светлина вполезна информация за изображения:

Повече налична светлина → Повече полезна информация за изображението при условия на слаба светлина

По-голямата бленда дава на тръбата за усилване на изображението повече сигнал за работа. Това може да помогне на системата да задържи детайлите в тъмните сцени, вместо да усилва слаб, шумен вход.

4. Защо по-голямата бленда има значение при условия на ниска осветеност?

Върнете се при Марк и Дан на онзи хребет. По-голямата бленда има най-голямо значение в ситуации като тези.

Условия на изключително слаба светлина

Помислете за безлунни нощи, силна облачност, гъсти гори или планински терен и открити зони без изкуствено осветление. Околната светлина при тези настройки може да бъде много ограничена, така че способността на оптиката да я събира има по-голяма тежест.

Когато околната светлина е оскъдна

Ако средата предлага малко светлина като начало, колко от нея събира обективът има по-голям ефект върху това, с което трябва да работи тръбата. При по-ярки условия разликата между F1.0 и F1.2 може да бъде много по-трудно забележима.

Когато е сдвоен с високопроизводителна тръба за усилване на изображението

Обективът и тръбата работят в екип. Една тръба с високи спецификации все още зависи от получаването на достатъчно полезна светлина от обектива. Добре съчетаната оптична система помага на тръбата да работи по-близо до своя потенциал.

5. F1.0 винаги ли работи по-добре от F1.2?

Кратък отговор: не е задължително.

Лесно е да си тръгнеш мислейкиF1.0=добре, F1.2=по-лошо. На практика картината е по-нюансирана, тъй като крайното изображение зависи от много повече от F-числото:

Качество на обектива

Един добре направен F1.2 обектив може да надмине лошо направен F1.0 обектив по острота и контраст.

Оптични покрития

Покритията влияят на това колко светлина действително преминава през обектива и колко се губи при отражение.

Ефективност на тръбата за усилване на изображението

Тръбата има голямо влияние върху това, което накрая виждате.

SNR, резолюция, FOM и печалба

Тези спецификации на тръбата оформят шума, детайлите и усилването.

Дизайн компромиси

По-голямата бленда често означава по-голяма, по-тежка и по-скъпа система от лещи.

Казано просто:

По-ниското F-число може да осигури по-голяма способност за събиране на светлина, но това не означава автоматично по-добро цялостно изображение за нощно виждане.

Така че, когато Дан попита дали F1.0 „просто печели“, справедливият отговор беше: той събира повече светлина и това помага при най-тъмните условия, но останалата част от системата решава колко добре изглежда изображението.

6. F-число и оптично покритие: Защо и двете имат значение

Мислете за F-числото и покритието като две половини на един въпрос.

F-номер→ колко светлина може да събере оптичната система

Оптично покритие→ колко ефективно тази светлина преминава през оптиката

Два обектива могат да бъдат F1.2 на хартия и пак да работят различно. Ако някой има по-добри покрития, по-малко светлина се отразява или разпръсква вътре в лещата и повече достига до тръбата. Ето защо само разглеждането на F-числото може да ви подведе.

(Разглеждаме това по-задълбочено в нашето предстоящо ръководство за оптични покрития за нощно виждане.)

7. F-число срещу други спецификации за нощно виждане

Често срещан източник на объркване е смесването на спецификациите на обектива и спецификациите на тръбата. Лесен начин да ги поддържате прави:

F-числото описва оптичната система, докато FOM, SNR, разделителната способност и EBI описват различни аспекти на производителността на усилвателя на изображението.

Ето как F-числото се свързва с всяка от обичайните спецификации:

F-номер срещу FOM

FOM (Figure of Merit) е комбинирана цифра за производителност на тръбата, обикновено получена от резолюция и SNR. F-номерът не казва нищо за тръбата, така че двете отговарят на различни въпроси.

F-число срещу разделителна способност

Разделителната способност (в lp/mm) описва колко фини детайли може да разреши тръбата. Широката бленда не променя резолюцията на тръбата.

F-число спрямо SNR

SNR описва сигнала спрямо шума в изображението. По-голямата бленда може да достави повече сигнал, но самото SNR е характеристика на тръбата.

F-номер срещу EBI

EBI (Equivalent Background Illumination) отразява нивото на фоновия шум на тръбата, където по-ниското обикновено е по-добро. Той е независим от обектива.

F-число срещу печалба

Усилването описва колко силно тръбата усилва входящата светлина. Работи, след като лещата вече е събрала тази светлина.

Ако искате пълно описание на тези спецификации на тръбата, вижте нашето предстоящо ръководство за параметрите за нощно виждане.

8. Как да изберете правилното F-число за устройство за нощно виждане

Няма еднозначен правилен отговор. Зависи къде и как планирате да използвате устройството.

За приложения при изключително слаба светлина

Ако често работите в много тъмни условия, като гъста гора, планини или безлунни нощи, струва си да обмислите по-голям относителен отвор като F1.0 до F1.2.

За обща нощна употреба на открито

За много ежедневни приложения на открито една добре проектирана система F1.2 може вече да отговаря на повечето нужди, с добър баланс на производителност, размер и тегло.

За чувствителни към разходите приложения

Преследването на най-ниското възможно F-число може бързо да повиши разходите. Често е по-разумно да разгледаме заедно оптичната система, спецификациите на тръбата и общата цена.

Каквото и да пазарувате, избягвайте да избирате само F-номер. По-добър подход е да претеглите пълната картина:

F-число + FOM + SNR + Резолюция + EBI + Оптично качество

9. Често задавани въпроси

Често задавани въпроси

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur.

Q1. Какво означава F1.2 на устройство за нощно виждане?

Това означава, че лещата на обектива има фокусно разстояние около 1,2 пъти диаметъра на блендата. Това е доста голяма относителна бленда, която събира добро количество светлина, макар и малко по-малко от F1.0.

Q2. F1.0 по-добър ли е от F1.2 за нощно виждане?

F1.0 събира повече светлина, което може да помогне в много тъмна среда. Но цялостното качество на изображението също зависи от качеството на обектива, покритията и тръбата за усилване на изображението, така че F1.0 не е автоматично по-добро във всяка ситуация.

Q3. По-ниското F-число означава ли по-ярко изображение за нощно виждане?

По-ниското F-число обикновено означава, че в системата влиза повече светлина. Но окончателната яркост и яснота на изображението зависят от усилването на тръбата, SNR, разделителната способност и цялостния оптичен дизайн, така че връзката не е едно към едно.

Q4. Защо F-числото е важно за работата при слаба светлина?

Когато околната светлина е ограничена, количеството светлина, което обективът събира, влияе директно върху сигнала, достъпен за тръбата за усилване на изображението. По-голямата бленда може да даде на тръбата повече полезна информация за работа.

Q5. Трябва ли да избера нощно виждане F1.0 или F1.2?

Ако често работите в изключително тъмни условия и бюджетът позволява, F1.0 си струва да погледнете. За много общи приложения на открито F1.2 може да бъде балансиран избор. И в двата случая сравнете спецификациите на тръбата и оптичното качество.

Последни мисли

Когато мракът се спусна над този хребет, Марк и Дан спряха да спорят за числата и започнаха да забелязват как двете устройства всъщност се държат. Това вероятно е най-добрият начин да мислите за F-числото: това е полезна представа за това колко светлина може да събере вашата оптика, а не присъда за цялото устройство.