F-число объектива — параметр, который маркетинг обычно прячет в спецификации после блока про матрицу. Между тем при тех же разрешении и NETD матрицы прибор с F/0.9 в 2,4 раза эффективнее собирает тепловой сигнал, чем прибор с F/1.4. Это разница между «вижу пятно на пределе тумана» и «не вижу ничего». Разбираем физику, считаем по числам, и показываем, в каких сценариях разница критична, а в каких незаметна.
Что такое F-число
F-число (светосила, F-stop, апертура) = фокусное расстояние объектива / диаметр входной апертуры. Чем меньше F, тем больше относительное отверстие, тем больше излучения попадает на матрицу.
В видимом диапазоне светосила важна, но не критична: глаз и сенсор фотоаппарата работают с потоками в десятки тысяч люксов, у них колоссальный запас над собственным шумом. В тепловидении ситуация другая. Тепловые сигналы охотничьих целей слабые: разность температур между кабаном и фоном — единицы кельвинов, а собственный шум сенсора (NETD) задаёт нижнюю границу различимости. Каждый процент дополнительного сигнала переводится напрямую в больший запас над шумом.
Физика — сигнал ∝ 1/F²
Площадь относительного отверстия объектива пропорциональна квадрату диаметра, который пропорционален 1/F при фиксированном фокусе. Значит количество излучения, собираемого объективом и доходящего до матрицы, пропорционально 1/F².
Конкретные числа — насколько разные F пропускают сигнала по сравнению с F/1.0:
F/0.9 → 1/0,9² = 1,235 → +23% сигнала
F/1.0 → точка отсчёта (100%)
F/1.2 → 1/1,2² = 0,694 → −31%
F/1.4 → 1/1,4² = 0,510 → −49%
F/1.6 → 1/1,6² = 0,391 → −61%
Сравнение F/0.9 с F/1.4: 1,235 / 0,510 = 2,42 → объектив F/0.9 пропускает в 2,4 раза больше сигнала, чем F/1.4. Это не «немного лучше», это разные классы приборов.
Системный NETD растёт с F-числом
Эффективная чувствительность прибора (системный NETD) пропорциональна F²:
NETD_системы ≈ NETD_сенсора × (F_прибора / F_референс)²
Сенсор с паспортным NETD 25 мК (замер на f/1.0) при установке в объектив с разной светосилой даёт разный системный NETD:
F/0.9 — системный NETD ≈ 25 × (0,9/1,0)² = 20 мК
F/1.0 — 25 мК (референс)
F/1.2 — 25 × (1,2/1,0)² = 36 мК
F/1.4 — 25 × (1,4/1,0)² = 49 мК
Прибор с матрицей 25 мК и объективом F/1.4 имеет реальную системную чувствительность 49 мК — это уже не «премиум» класс, это базовый. Тогда как тот же сенсор в приборе с F/0.9 даёт 20 мК — топ-уровень. Один и тот же сенсор в разных системах — разные приборы по чувствительности.
Когда разница критична
В идеальных условиях (ясная морозная ночь, чёрный фон, тёплый зверь) разница F/0.9 vs F/1.4 малозаметна. Контраст высокий и так, любой прибор справляется. Если только в этих условиях выбираете прибор — экономия на F-числе оправдана.
В сложных условиях разница становится критической:
Сумерки и слабый контраст. На грани temperature-кроссовера фон и зверь почти равны по температуре. Прибор с F/0.9 ещё различает контур, F/1.4 уже даёт «плоскую» картинку.
Туман и влажность. Атмосфера поглощает часть ИК-сигнала (LWIR-окно). На дистанции 500–800 м в лёгкий туман до матрицы доходит, скажем, 40% от исходного сигнала. F/0.9 умножает это ещё на 1,235, F/1.4 — на 0,510. Разница — между «видно» и «не видно».
Большая дистанция. На пределе дальности обнаружения тепловой поток с цели слабеет геометрически (1/r²) и ослабляется атмосферой экспоненциально. На 1500+ м запас сигнала минимален; F-число объектива становится последним рубежом между «есть пятно» и «нет ничего».
Мелкая цель. Косуля, заяц, птица — цели с малой проекцией. Сигнал на матрицу пропорционален площади тепловой проекции. На мелкой цели у F/0.9 преимущество над F/1.4 нагляднее — там, где F/1.4 теряет контур в шуме, F/0.9 его удерживает.
Почему F<1.0 редкость
Если F/0.9 даёт +142% сигнала vs F/1.4 — почему производители не делают F/0.7 или F/0.5? Потому что физика и инженерия работают друг против друга:
Стоимость материала. Линзы для LWIR делают из германия — он в десятки раз дороже стекла. F/0.9 требует увеличенного диаметра входной апертуры; масса германия в линзе растёт нелинейно. Готовый объектив с F/0.9 стоит в 2–3 раза дороже F/1.2 при том же фокусе.
Габариты и масса. Объектив с большой апертурой не сжимаемый. Прибор для ношения на оружии должен оставаться в разумных габаритах: F/0.9 на фокусе 50 мм даёт линзу диаметром ~55 мм, что близко к практическому пределу. F/0.7 потребовал бы линзы 70+ мм — это уже не охотничий прибор, а штатив-стационар.
Аберрации. Чем меньше F, тем сложнее оптическая схема. Для компенсации сферических и хроматических аберраций при F<1.0 требуется 2–3 элемента в группе, что увеличивает потери на отражения и удорожает производство.
F/0.9 — практический предел в массовой охотничьей оптике. Прибор, в котором это сделано, имеет реальное инженерное преимущество в своём ценовом классе.
Что проверять в спецификации
F-число должно быть указано отдельно от фокусного расстояния, в формате типа «50 мм F/0.9». Если указан только фокус («50 мм») без F-числа — это маркер low-end спецификации; вероятно объектив F/1.4 или F/1.6, который производитель не хочет подсвечивать.
«Большой объектив» в маркетинге часто относится к диаметру входной апертуры (35 мм / 50 мм / 75 мм), но это про фокус, не светосилу. Объектив 75 мм F/1.4 имеет большой фокус и большую дистанцию, но средний светосбор. Объектив 50 мм F/0.9 имеет меньший фокус (меньшая дистанция, но шире поле зрения), при этом значительно лучший светосбор.
Для оценки реального класса прибора смотрите на связку объектива (F-число + фокус + материал линз) и матрицы (разрешение + шаг пикселя + NETD). Один параметр в отрыве от других мало что говорит. Все приборы RikaNV специфицируют F-число явно в формате F/0.9 или F/1.0 — потому что без этого числа разговор про «чувствительность» бессмысленный.