Інструмент вибору об'єктива

Як взаємодіють фокусна відстань, сенсор та DORI

Фокусна відстань – це відстань у міліметрах між оптичним центром об'єктива та матрицею зображення, коли об'єктив сфокусовано на нескінченності. Коротші фокусні відстані фіксують ширші кути; довші фокусні відстані фіксують вужчі кути з більшим видимим збільшенням. Один і той самий об'єктив поводиться по-різному на матрицях різних розмірів — 4-міліметровий об'єктив на матриці 1/3 дюйма дає 65° HFOV , той самий 4-міліметровий об'єктив на матриці 2/3 дюйма дає 95° HFOV . Вибір об'єктива без вибору матриці не має сенсу.

Для практики монтажу чотири порогові значення DORI EN 62676-4 чітко відповідають рекомендаціям щодо фокусної відстані після визначення відстані та датчика. Для камери 1/2,8 дюйма з роздільною здатністю 4 МП (модальна конфігурація відеоспостереження у 2026 році) емпіричні правила такі: 2,8 мм для покриття зон з рівнем виявлення до 5 м, 4 мм для покриття зон з рівнем спостереження 5–10 м, 6 мм для покриття зон з рівнем розпізнавання 10–15 м, 8 мм для розпізнавання на відстані 15–20 м або ідентифікації на відстані 8–10 м, 12 мм для ідентифікації на відстані 12–18 м та 16–25 мм для ідентифікації за межами 20 м. Наведений вище калькулятор застосовує спрощену версію цього відображення до введеної відстані прямої видимості, враховуючи висоту монтажу через діапазон нахилу.

Фіксовані об'єктиви зобов'язують вас використовувати одну фокусну відстань; варіофокальні об'єктиви (наприклад, 2,8–12 мм) дозволяють налаштовувати камеру на місці після встановлення. Фіксовані об'єктиви зазвичай на 30–50% дешевші, трохи чіткіші на повній діафрагмі та мають менше рухомих частин, які можуть вийти з ладу. Варіофокальні об'єктиви – це правильний вибір, коли (а) відстань для встановлення невизначена, (б) клієнт може переставити меблі чи полиці, або (в) ви розгортаєте один SKU на багатьох об'єктах і хочете стандартизувати запаси. Моторизований варіофокальний об'єктив, який іноді називають «автофокусом» або «дистанційним зумом», додає можливість налаштування з VMS без повторного відвідування об'єкта, що окупається після одного виїзду на об'єкт.

Об'єктиви типу «риб'яче око» (1,0–1,8 мм, часто з кріпленням M12) досягають напівсферичного охоплення 180–360° шляхом навмисного спотворення зображення. Щільність пікселів по краях значно нижча, ніж у центрі, тому ефективний діапазон DORI об'єктива fish-eye набагато менший, ніж передбачає його кутове охоплення. Використовуйте fish-eye для ситуаційної обізнаності — знаючи, що хтось є десь у кімнаті — та поєднуйте його з окремою телеоб'єктивом для будь-якого завдання ідентифікації. Стандартні прямолінійні об'єктиви (2,8 мм і довше на звичайних сенсорах) зберігають прямі лінії та рівномірну щільність пікселів, що і передбачає кожен розрахунок DORI .

Якість об'єктива має найбільше значення в умовах стресу. Стандартна крива MTF (функції передачі модуляції), побудована в технічних характеристиках об'єктивів, показує, наскільки контрастним є об'єктив при зростаючих просторових частотах — вища MTF на високих частотах означає чіткішу деталізацію. Скляні елементи перевершують пластикові за MTF, термостабільністю та довготривалою чіткістю, але вони коштують у три-п'ять разів дорожче. Для ширококутних об'єктивів 2,8–4 мм, де щільність пікселів вже низька, підійде бюджетний пластиковий об'єктив. Для об'єктивів 12 мм і довше, де кожна лінія MTF перетворюється на видиму дальність, преміальне скло з низькодисперсійними (LD) елементами швидко окупається.

Діафрагма (f/1.6, f/2.0 тощо) — це відношення фокусної відстані до діаметра вхідної зіниці, яке визначає, скільки світла потрапляє на сенсор. Нижчі f-числа збирають більше світла. f/1.4 вдвічі яскравіша за f/2.0, і в чотири рази яскравіша за f/2.8. Для установок при слабкому освітленні (парковки вночі, криті склади з поганим освітленням) важлива кожна діафрагма: об'єктив f/1.6 забезпечить придатне зображення, тоді як об'єктив f/2.4 опускається нижче мінімального показника освітленості камери. Компромісом є глибина різкості та різкість по краях — ширші діафрагми фокусуються на вужчій смузі відстаней та демонструють більше хроматичної аберації. Для ідентифікації на великих відстанях на відстані 20 м+ при хорошому освітленні оптимальним є значення f/2.0–f/2.4. Для установок dome при слабкому освітленні на відстані 5–10 м пріоритетом є f/1.4–f/1.6.

Як користуватися цим селектором об'єктивів

1. Встановіть висоту кріплення. Використовуйте фактичну висоту встановлення камери над цільовою площиною. Для внутрішніх камер, що монтуються на стелі, цільовою площиною зазвичай є підлога; для зовнішніх камер, що монтуються на стовпі, вона зазвичай знаходиться на висоті 1,5 м над землею (висота голови). 3 м – це модальна висота монтажу в приміщенні, 4–6 м – типова висота для зовнішніх камер, що монтуються на стовпі.
2. Встановіть цільову відстань. Це горизонтальна відстань від точки безпосередньо під камерою до цілі. Калькулятор поєднує висоту кріплення та горизонтальну відстань у похилий діапазон, який фактично має роздільна здатність об'єктива.
3. Прочитайте рекомендований об'єктив. Зелена панель показує фокусну відстань, яка досягає збалансованої цільової щільності пікселів на типовій 4-мегапіксельній камері 1/2,8 дюйма. Використовуйте її як відправну точку для чернеток тендерів та відповідей на ставки.
4. Порівняйте з повною діаграмою. У таблиці порівняння об'єктивів наведено всі поширені фокусні відстані з очікуваним діапазоном охоплення та FOV . Використовуйте її для оцінки альтернатив — наприклад, якщо ваш тендер вимагає охоплення рівня Identify на тій самій відстані, перейдіть на два слоти вище рекомендованого об'єктива.

Розроблений приклад: ідентифікація обличчя при вході до торгового центру

Роздрібний торговець на головній вулиці має автоматичні двері шириною 1,8 м і хоче, щоб обличчя кожного покупця було зафіксовано на порозі ідентифікації, що відповідає стандарту EN 62676-4 (250 ppm), для перевірки запобігання втратам. Обраним кріпленням є існуюча підвісна стеля на висоті 3 м над підлогою, при цьому камера розташована горизонтально на відстані 4 м всередині дверей, щоб покупці йшли до неї, коли входять.

Похилий діапазон від камери до площини обличчя на висоті 1,6 м — якщо припустити, що обличчя знаходиться на 1,4 м нижче камери — становить √(4² + 1,4²) = 4,24 м. Підставте ці значення в селектор об'єктивів, встановивши висоту кріплення 3 м та відстань до цілі 4 м, а рекомендована фокусна відстань об'єктива становить 2,8 мм. Але ця рекомендація відкалібрована для збалансованого покриття загального призначення; для щільності пікселів рівня ідентифікації на обличчі нам потрібно перевірити це за допомогою явного математичного розрахунку DORI .

На 4-мегапіксельному сенсорі 1/2,8 дюйма (2560 горизонтальних пікселів, ширина сенсора 5,4 мм) об'єктив 2,8 мм забезпечує HFOV ≈ 88°, ширину сцени на відстані 4,24 м ≈ 8,2 м та щільність пікселів близько 312 PPM — що значно вище за показник 250 PPM для підлоги Identify. Горизонтальне покриття 8,2 м набагато ширше, ніж дверний отвір шириною 1,8 м, тому одна камера охоплює вхід з запасом для захоплення клієнтів, які наближаються з обох боків. Об'єктив 4 мм забезпечить 478 PPM та покриття 5,7 м — також працездатне, з додатковим запасом для видимості в обмін на дещо щільніше горизонтальне захоплення.

Інтегратор обирає моторизований варіофокальний об'єктив 2,8–12 мм як артикул для тендерної пропозиції, оскільки (а) мережа має 80 магазинів з різною шириною дверей та висотою стель, та (б) будь-які майбутні зміни в плануванні магазину можна буде налаштувати дистанційно з системи управління відеоспостереженням без виклику техніка. Загальна премія вартості порівняно з фіксованим артикулом 2,8 мм становить близько 35%, але економія на перевезенні вантажівок, якої можна уникнути, досягає беззбитковості завдяки одному запобігнутому візиту на об'єкт на кожну камеру протягом її 5-річного терміну служби.

Типові помилки вибору об'єктивів

• Вибір об'єктива для максимальної відстані, а не для робочої. Об'єктив 25 мм чудово охоплює 50 м, але на відстані 5 м він марний — все, що ближче, розфокусоване, а FOV занадто вузьке, щоб зняти об'єкт. Завжди вибирайте об'єктив для типової робочої відстані, а не для найгіршого випадку. Якщо робочий діапазон змінюється, використовуйте варіофокальний об'єктив.
• Плутання оптичного зуму з цифровим зумом. 12-кратне оптичне збільшення дійсно збільшує щільність пікселів на цілі. 12-кратне цифрове збільшення лише збільшує масштаб меншої кількості пікселів програмно — воно не може створити деталі, які не встиг зафіксувати об'єктив. Для ідентифікації завжди потрібен оптичний зум.
• Ігнорування діафрагми при зйомці в умовах низької освітленості. Об’єктив 4 мм f/2.4 при освітленості 5 люкс приблизно вдвічі менш яскравий, ніж 4 мм f/1.6 — це часто означає різницю між придатним для використання кольоровим зображенням та чорно-білим кадром лише IR -підсвічуванням із шумом. Завжди перевіряйте мінімальні характеристики освітлення в комбінації об’єктива та камери, а не лише камери.
• Невідповідність кріплення об'єктива формату сенсора. Об'єктив, розроблений для сенсора 1/3 дюйма, погано віньєтуватиметься при використанні з сенсором 1/2 дюйма. Завжди підбирайте розмір кола зображення об'єктива відповідно до розміру сенсора або більше. Кріплення M12 переважає до 1/2 дюйма; кріплення CS переважає до 1/2 дюйма і більше.
• Надмірні вимоги до якості скла на ширококутних об'єктивах. Ширококутний об'єктив 2,8 мм вже розсіює пікселі тонким шаром — преміальне скло ледь покращує роздільну здатність на відстані. Збережіть бюджет на об'єктиви з більшою дальністю фокусування, де MTF фактично перетворюється на видиму дальність.
• Забуваємо про ракурс нахилу на довгофокусних об'єктивах. Об'єктив 25 мм, спрямований круто вниз, значно стискає глибину різкості. Люди на ближньому краю кадру виглядають спотвореними; люди на дальньому краю виглядають правильної форми, але крихітними. Довгофокусні об'єктиви потребують невеликих кутів нахилу; для глибоких нахилів потрібні коротші фокусні відстані.

Стандарти та посилання на відповідність

• EN 62676-4:2015 — Керівні принципи застосування для відеоспостереження. Наведені вище рекомендації щодо об'єктивів відкалібровані відповідно до стандартних порогових значень 25 / 63 / 125 / 250 PPM. Калькулятор EN 62676-4 →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — Оновлення 2025 року, яке вводить підрівні щільності пікселів у коридорному режимі та аналітики AI ; актуальне під час вибору лінз для розгортання коридорів та машинного зору.
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Метрика циклів на ціль для теплових датчиків. Визначає вибір об'єктива для тепловізійного зображення на великі відстані, де DORI не застосовується. Калькулятор критеріїв Джонсона →
• NDAA Section 889 — Обмеження закупівель у США для виробників, що входять до списку; застосовується до комплектів камер та об'єктивів, що продаються як єдине ціле. Довідка про відповідність NDAA →
• ISO 12233 — Методологія вимірювання роздільної здатності та просторово-частотної характеристики. Основа для вимірювань MTF, зазначених у технічних характеристиках об'єктивів.

Продовжити читання