Narzędzie Wyboru Obiektywu

Jak współdziałają ze sobą ogniskowa, matryca i system optyki „DORI”

Ogniskowa to odległość w milimetrach między środkiem optycznym obiektywu a matrycą obrazową, gdy obiektyw jest ustawiony na nieskończoność. Krótsze ogniskowe pozwalają uchwycić szersze kąty; dłuższe ogniskowe pozwalają uchwycić węższe kąty z większym powiększeniem. Ten sam obiektyw zachowuje się inaczej w zależności od rozmiaru matrycy — obiektyw 4 mm na matrycy 1/3" daje kąt widzenia 65° (HFOV), ten sam obiektyw 4 mm na matrycy 2/3" daje kąt widzenia 95° (HFOV). Wybór obiektywu bez wyboru matrycy nie ma sensu.

Z punktu widzenia instalatora cztery poziomy rozpoznawalności (EN 62676-4) DORI można jednoznacznie przyporządkować do zalecanych ogniskowych, gdy odległość i typ czujnika są już ustalone. W przypadku kamery 1/2,8" o rozdzielczości 4 MP (typowa konfiguracja CCTV w 2026 r.) obowiązują następujące praktyczne wytyczne: 2,8 mm dla zasięgu na poziomie wykrywania (Detect) do 5 m, 4 mm dla pokrycia klasy Observe w zakresie 5–10 m, 6 mm dla pokrycia klasy Recognize w zakresie 10–15 m, 8 mm dla klasy Recognize w zakresie 15–20 m lub klasy Identify w zakresie 8–10 m, 12 mm dla klasy Identify w zakresie 12–18 m oraz 16–25 mm dla klasy Identify powyżej 20 m. Powyższy kalkulator stosuje uproszczoną wersję tego odwzorowania do wprowadzonej przez użytkownika odległości w linii wzroku, uwzględniając wysokość montażu poprzez odległość po skosie.

Obiektywy stałoogniskowe ograniczają użytkownika do jednej ogniskowej; obiektywy zmiennoogniskowe (np. 2,8–12 mm) umożliwiają regulację na miejscu po zamontowaniu kamery. Obiektywy stałoogniskowe są zazwyczaj o 30–50% tańsze, nieco ostrzejsze przy pełnym otwarciu przysłony i zawierają mniej ruchomych elementów, które mogą ulec awarii. Obiektywy zmiennoogniskowe są właściwym wyborem, gdy (a) odległość montażu jest niepewna, (b) klient może zmienić ustawienie mebli lub regałów lub (c) wdrażasz jeden model w wielu lokalizacjach i chcesz ujednolicić zapasy. Obiektyw zmiennoogniskowy z napędem silnikowym — czasami nazywany „autofokusem” lub „zoomem zdalnym” — umożliwia regulację z poziomu systemu VMS bez konieczności ponownej wizyty na miejscu, co zwraca się już po uniknięciu jednej wizyty.

Obiektywy typu „rybie oko” (1,0–1,8 mm, często z mocowaniem M12) zapewniają półkulisty kąt widzenia wynoszący 180–360° poprzez celowe zniekształcenie obrazu. Gęstość pikseli na krawędziach jest znacznie niższa niż w centrum, dlatego efektywny zasięg rozpoznawania twarzy (DORI) w systemie „rybie oko” (fish-eye) jest znacznie mniejszy, niż sugerowałby to kąt widzenia. Użyj obiektywu typu „fish-eye” (fish-eye) do orientacji sytuacyjnej — aby wiedzieć, że ktoś znajduje się gdzieś w pomieszczeniu — i połącz go z oddzielną kamerą teleobiektywową do wszelkich zadań związanych z identyfikacją. Standardowe obiektywy prostoliniowe (2,8 mm i dłuższe w przypadku konwencjonalnych czujników) zachowują proste linie i jednolitą gęstość pikseli, co jest założeniem wszystkich obliczeń z zakresu wizualizacji i lokalizacji (DORI).

Jakość obiektywu ma największe znaczenie w trudnych warunkach. Standardowa krzywa MTF (funkcja przenoszenia modulacji) przedstawiona w specyfikacjach technicznych obiektywów pokazuje, w jakim stopniu obiektyw zachowuje kontrast przy rosnących częstotliwościach przestrzennych — wyższa wartość MTF przy wysokich częstotliwościach oznacza ostrzejsze szczegóły. Elementy szklane przewyższają plastikowe pod względem MTF, stabilności termicznej i długotrwałej przejrzystości, ale kosztują od trzech do pięciu razy więcej. W przypadku obiektywów szerokokątnych 2,8–4 mm, gdzie gęstość pikseli jest już niska, wystarczy niedrogi obiektyw plastikowy. W przypadku obiektywów 12 mm i dłuższych, gdzie każda linia MTF przekłada się na zakres dowodowy, wysokiej jakości szkło z elementami o niskiej dyspersji (LD) szybko się zwraca.

Wartość przysłony — zapisywana jako f/1,6, f/2,0 itd. — to stosunek ogniskowej do średnicy źrenicy wejściowej i określa, ile światła dociera do matrycy. Niższe wartości przysłony zbierają więcej światła. f/1,4 jest dwa razy jaśniejsze niż f/2,0 i cztery razy jaśniejsze niż f/2,8. W przypadku instalacji w słabym oświetleniu (parkingi w nocy, magazyny wewnętrzne ze słabym oświetleniem) liczy się każdy stopień: obiektyw f/1,6 zapewni użyteczny obraz tam, gdzie obiektyw f/2,4 spadnie poniżej minimalnej wartości luksów kamery. Kompromisem jest głębia ostrości i ostrość na krawędziach — szersze przysłony skupiają się na węższym pasmie odległości i wykazują większą aberrację chromatyczną. W przypadku identyfikacji z dużej odległości, powyżej 20 m, przy dobrym oświetleniu, optymalnym wyborem jest f/2,0–f/2,4. W przypadku instalacji typu „dome” w słabym oświetleniu, w odległości 5–10 m, należy priorytetowo traktować f/1,4–f/1,6.

Jak korzystać z tego selektora obiektywów

1. Ustaw wysokość montażu. Należy uwzględnić rzeczywistą wysokość montażu kamery nad płaszczyzną docelową. W przypadku kamer wewnętrznych montowanych na suficie płaszczyzną docelową jest zazwyczaj podłoga; w przypadku kamer zewnętrznych montowanych na słupach jest to zazwyczaj 1,5 m nad ziemią (na wysokości głowy). Typowa wysokość montażu w pomieszczeniach wynosi 3 m, natomiast w przypadku zewnętrznych montaży na słupach wynosi ona zazwyczaj 4–6 m.
2. Ustaw odległość docelową. Jest to odległość pozioma od punktu znajdującego się bezpośrednio pod kamerą do obiektu. Kalkulator łączy wysokość montażu i odległość poziomą, uzyskując w ten sposób odległość po linii prostej, którą obiektyw musi faktycznie pokryć.
3. Zapoznaj się z zalecanym obiektywem. Zielony wykres przedstawia ogniskową, przy której uzyskuje się optymalną gęstość pikseli w typowym aparacie o rozdzielczości 4 MP i matrycy 1/2,8". Proszę potraktować go jako punkt wyjścia przy sporządzaniu projektów ofert i odpowiedzi na zapytania ofertowe.
4. Porównaj z pełnym wykresem. W tabeli porównawczej obiektywów przedstawiono wszystkie popularne ogniskowe wraz z przewidywanym zasięgiem pokrycia i współczynnikiem powiększenia (FOV). Można z niej skorzystać przy ocenie dostępnych opcji — na przykład, jeśli w zapytaniu ofertowym wymagany jest zasięg klasy Identify przy tej samej odległości, należy wybrać obiektyw o dwa stopnie większy od zalecanego.

Przykład praktyczny: system rozpoznawania twarzy przy wejściu do sklepu

Sieć sklepów detalicznych posiada wejście z automatycznymi drzwiami o szerokości 1,8 m i chce, aby twarz każdego klienta była rejestrowana przy progu rozpoznawania twarzy (EN 62676-4) wynoszącym 250 obrazów na minutę (PPM) w celu analizy danych dotyczących zapobiegania stratom. Jako miejsce montażu wybrano istniejący sufit podwieszany znajdujący się 3 m nad podłogą, a kamera została umieszczona 4 m w głąb drzwi w płaszczyźnie poziomej, tak aby klienci podchodzili do niej podczas wchodzenia.

Odległość po linii ukośnej od kamery do płaszczyzny twarzy na wysokości 1,6 m — przy założeniu, że twarz znajduje się 1,4 m poniżej kamery — wynosi √(4² + 1,4²) = 4,24 m. Po wprowadzeniu tych wartości do kalkulatora obiektywów przy wysokości montażu 3 m i odległości od obiektu 4 m, zalecanym obiektywem jest 2,8 mm. Jednak zalecenie to jest dostosowane do zrównoważonego zasięgu ogólnego przeznaczenia; w przypadku gęstości pikseli na twarzy na poziomie identyfikacji musimy to zweryfikować za pomocą konkretnych obliczeń opartych na zasadzie „DORI”.

W przypadku matrycy 4 MP o rozmiarze 1/2,8" (2560 pikseli w poziomie, szerokość matrycy 5,4 mm) obiektyw 2,8 mm zapewnia kąt widzenia (HFOV) wynoszący około 88°, szerokość obrazu przy odległości 4,24 m wynoszącą około 8,2 m oraz gęstość pikseli na poziomie około 312 PPM — znacznie powyżej progu 250 PPM wymaganego przez system Identify. Zasięg poziomy wynoszący 8,2 m jest znacznie szerszy niż szerokość drzwi wynosząca 1,8 m, więc pojedyncza kamera pokrywa wejście z zapasem, aby uchwycić klientów zbliżających się z obu stron. Obiektyw 4 mm dałby 478 PPM i zasięg 5,7 m — co również jest wykonalne, z dodatkowym marginesem dowodowym w zamian za nieco węższe ujęcie poziome.

Integrator wybiera obiektyw zmiennoogniskowy z napędem o ogniskowej 2,8–12 mm jako pozycję w ofercie, ponieważ (a) sieć posiada 80 sklepów o zróżnicowanej szerokości drzwi i wysokości sufitów oraz (b) wszelkie przyszłe zmiany w układzie sklepu można dostosować zdalnie z poziomu systemu VMS bez konieczności wysyłania technika. Całkowity koszt w stosunku do stałego modelu 2,8 mm jest wyższy o około 35%, ale oszczędności wynikające z uniknięcia wizyt serwisowych zwracają się już po jednej wizycie na kamerę w ciągu jej 5-letniego okresu eksploatacji.

Typowe błędy przy doborze soczewek

• Wybór obiektywu pod kątem maksymalnej odległości zamiast odległości roboczej. Obiektyw 25 mm doskonale sprawdza się przy odległości 50 m, ale jest bezużyteczny przy 5 m — wszystko, co znajduje się bliżej, jest nieostre, a pole widzenia (FOV) jest zbyt wąskie, by objąć obiekt. Zawsze dobieraj obiektyw pod kątem typowej odległości roboczej, a nie najgorszego scenariusza. Jeśli zakres pracy jest zmienny, używaj obiektywu zmiennoogniskowego.
• Mylenie zoomu optycznego z zoomem cyfrowym. 12-krotny zoom optyczny faktycznie zwiększa gęstość pikseli na obrazie. Natomiast 12-krotny zoom cyfrowy jedynie powiększa obraz przy użyciu oprogramowania — nie jest w stanie odtworzyć szczegółów, których obiektyw nie uchwycił. Do celów identyfikacyjnych zawsze niezbędny jest zasięg optyczny.
• Pomijanie wartości przysłony w instalacjach przy słabym oświetleniu. Obiektyw 4 mm f/2,4 przy natężeniu oświetlenia 5 luksów jest o połowę mniej czuły niż obiektyw 4 mm f/1,6 — często oznacza to różnicę między użytecznym zdjęciem kolorowym a zaszumionym, czarno-białym ujęciem, na którym widać jedynie „IR”. Zawsze sprawdzaj parametry minimalnego oświetlenia dla zestawu obiektyw-aparat, a nie tylko dla samego aparatu.
• Niezgodność mocowania obiektywu z formatem matrycy. Obiektyw zaprojektowany dla matrycy 1/3" będzie wykazywał znaczne winietowanie w przypadku użycia z matrycą 1/2". Należy zawsze dopasować specyfikację koła obrazowego obiektywu do rozmiaru matrycy lub większego. Mocowania M12 dominują w przypadku matryc do rozmiaru 1/2"; mocowanie CS dominuje w przypadku matryc 1/2" i większych.
• Zbyt wysokie wymagania dotyczące jakości szkła w obiektywach szerokokątnych. Obiektyw szerokokątny o ogniskowej 2,8 mm już i tak rozrzedza piksele — nawet najwyższej klasy szkło ledwo poprawia rozdzielczość użytkową przy fotografowaniu z dużej odległości. Lepiej przeznaczyć te środki na obiektywy o większym zasięgu, gdzie wskaźnik MTF faktycznie przekłada się na jakość zdjęć przy dużych odległościach.
• Zapominanie o skrócie perspektywicznym w przypadku obiektywów o dużym ogniskowym. Obiektyw o ogniskowej 25 mm skierowany pod ostrym kątem w dół znacznie zmniejsza głębię ostrości. Osoby znajdujące się na przedniej krawędzi kadru wyglądają na zniekształcone; osoby na tylnej krawędzi mają prawidłowy kształt, ale są bardzo małe. Do fotografowania z dużym pochyleniem obiektywu najlepiej nadają się obiektywy o długiej ogniskowej; do fotografowania z niewielkim pochyleniem – obiektywy o krótszej ogniskowej.

Normy i odniesienia dotyczące zgodności

• EN 62676-4:2015 — Wytyczne dotyczące zastosowań w monitoringu wizyjnym. Powyższe zalecenia dotyczące obiektywów są dostosowane do progów 25 / 63 / 125 / 250 PPM określonych w normie. EN 62676-4 kalkulator →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — Aktualizacja z 2025 r., wprowadzająca podkategorie gęstości pikseli w trybie korytarzowym oraz analizy typu „AI”; ma to znaczenie przy doborze obiektywów do zastosowań w korytarzach i systemach wizji maszynowej.
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Wskaźnik cykli pracy w trybie docelowym dla czujników termicznych. Decyduje o doborze obiektywu w przypadku termowizji dalekiego zasięgu, gdzie nie ma zastosowania zasada „DORI”. Kalkulator kryteriów Johnsona →
• NDAA Section 889 — Ograniczenia w zamówieniach publicznych w USA dotyczące producentów wymienionych na liście; dotyczy zestawów składających się z aparatu i obiektywu sprzedawanych jako jeden produkt. NDAA odniesienie dotyczące zgodności →
• ISO 12233 — Metodologia pomiaru rozdzielczości i charakterystyki częstotliwości przestrzennej. Podstawy pomiarów MTF podawanych w kartach katalogowych obiektywów.

Czytaj dalej