Góc nhìn và thông số kỹ thuật của camera CCTV dạng dome

Quang học camera dome: vỏ, vòm, IR cut

Mỗi camera dome là một chuỗi tạo ảnh gồm năm thành phần: vòm dome, bộ lọc IR-cut, cụm ống kính, cảm biến hình ảnh và vòng đèn LED IR. Vòm là thành phần duy nhất đặc trưng cho dạng dome, và là nguồn chính gây suy giảm FOV nếu được chỉ định hoặc bảo trì sai. Vòm tiêu chuẩn dày 2-3 mm bằng acrylic (PMMA) hoặc polycarbonate (PC). Acrylic có độ trong quang học tốt hơn (độ truyền sáng ~92%) và chống xước; polycarbonate đổi vài phần trăm độ truyền để lấy khả năng chịu va đập cao hơn nhiều và là bắt buộc cho dome chống phá hoại cấp IK10.

Vòm trong vs nhuộm màu (khói). Vòm trong giữ nguyên toàn bộ lượng ánh sáng và độ truyền IR, cho hiệu năng thiếu sáng và nhìn đêm tốt nhất. Vòm nhuộm màu, thường gọi là dome "khói" hay "black bubble", che giấu hướng ngắm về mặt thị giác nhưng cắt 30-50% ánh sáng thấy được và 10-20% IR. Vòm nhuộm màu có thể làm tầm IR hiệu dụng của camera giảm từ 30 m xuống 18-20 m. Chỉ dùng vòm nhuộm màu khi hướng ngắm kín đáo quý hơn hiệu năng ban đêm (bán lẻ cao cấp, sảnh khách sạn); không bao giờ dùng ở chu vi hoặc cảnh thiếu sáng.

Méo ở các góc. Vòm là một phần hình cầu. Khi camera nghiêng về mép vòm, đường ngắm đi qua acrylic ở góc xiên, khúc xạ đường truyền ánh sáng và gây ra 1-3% méo thùng cùng sắc sai nhỏ ở các góc khung hình. Điều này không thấy được ở góc nghiêng nhẹ (dưới 30° so với phương thẳng đứng) nhưng trở nên rõ rệt khi nghiêng quá 60°, nơi mép ảnh có thể mất 5-8% độ phân giải hiệu dụng. Nhà sản xuất ống kính hiệu chỉnh phần lớn điều này bằng hồ sơ tính toán, nhưng hiệu ứng là có thật ở các mẫu góc rộng.

Phản xạ IR và vấn đề dome bẩn. Vòng đèn LED IR nằm bên trong vòm, ngay ngoài ống kính. Nếu bề mặt vòm tích tụ bụi, dấu vân tay hoặc vết xước, ánh sáng IR phản xạ từ các khuyết điểm đó trở lại ống kính, tạo ra một đốm trắng sáng ở giữa ảnh ban đêm. Đây là nguyên nhân phổ biến nhất của các phàn nàn "mù ban đêm" ở các lắp đặt dome. Lau vòm bằng khăn microfiber khôi phục hiệu năng; vòm xước sâu phải thay. Các dome cao cấp (Axis Q35, Hikvision DarkFighter, Dahua Lite AI) dùng gioăng xốp chắn sáng giữa ống kính và vòm để chặn phản xạ nội bộ này: tìm "IR baffle" hoặc "light isolation" trong bảng thông số.

Vỏ chống phá hoại vs không chống phá hoại. Dome trong nhà không chống phá hoại thường dùng acrylic 1.5-2 mm và vòng đế nhựa (IK04-IK06). Dome chống phá hoại dùng polycarbonate 3-4 mm, đế nhôm đúc, vít chống tháo và được thử đến IK10 (va đập 50 J). Vỏ chống phá hoại nặng 600-1200 g so với 200-400 g của loại trong nhà, điều quan trọng với lắp đặt trên tấm trần thả, nơi cần giá đỡ hộp sau khi trên 700 g.

FOV dome theo tiêu cự: bảng 2.8 / 4 / 6 / 8 / 12 mm

Trường nhìn ngang của dome phụ thuộc hai giá trị: tiêu cự và đường chéo cảm biến. Công thức là HFOV = 2 · arctan(chiều_rộng_cảm_biến / (2 · tiêu_cự)). Bảng dưới đây cho FOV ngang và dọc cho năm tiêu cự phổ biến nhất trên ba kích thước cảm biến hiện đại. Các số là thông số điển hình của nhà sản xuất, làm tròn đến độ gần nhất; từng mẫu riêng lệch ±2°.

Lưu ý rằng chuyển từ cảm biến 1/3" sang 1/2" ở cùng tiêu cự mở rộng HFOV khoảng 25%. Đó là lý do dome cao cấp với cảm biến 1/1.8" công bố góc rộng hơn rõ rệt so với thiết bị giá rẻ 1/3", ngay cả khi cả hai ghi ống kính 2.8 mm. Để có số chính xác theo từng mẫu, hãy đưa các giá trị của bạn qua máy tính FOV hoặc bộ chọn ống kính.

Dome cố định vs varifocal vs dome PTZ có động cơ

Camera dome chia thành ba họ quang học, mỗi họ có mô hình kiểm soát FOV và mức giá khác nhau.

Dome ống kính cố định (60-180 €). Tiêu cự được dán cố định trong cụm ống kính tại nhà máy. Độ dài cố định điển hình là 2.8 mm và 4 mm. Ưu điểm: chi phí thấp nhất, vỏ nhỏ nhất, tiêu thụ điện thấp nhất (3-5 W), độ sắc nét quang học tốt nhất so với giá. Nhược điểm: không chỉnh được tại chỗ; nếu cảnh thay đổi, bạn phải thay camera. Dùng dome cố định cho triển khai lặp lại, nơi một cảnh bằng một mẫu: hành lang khách sạn, dãy phòng học, lối đi bán lẻ cùng chiều rộng.

Dome varifocal có động cơ (150-450 €). Ống kính có zoom và lấy nét bằng động cơ, thường 2.8-12 mm. Người lắp đặt hoặc vận hành đặt tiêu cự từ xa qua giao diện web của camera. Ưu điểm: một mẫu bao phủ mọi cảnh từ phòng 25 m² đến hành lang 80 m, không phải leo thang để chỉnh lại, hỗ trợ lấy nét tự động khi chuyển động. Nhược điểm: chi phí cao hơn 30-50%, vỏ lớn hơn chút, cơ cấu zoom cơ khí có thể hỏng sau 5-7 năm. Đây là lựa chọn mặc định cho các lắp đặt nghiêm túc và là lựa chọn hợp lý duy nhất khi cảnh chưa chốt ở giai đoạn thiết kế.

Dome PTZ (800-3000 € trở lên). Dome pan-tilt-zoom kết hợp ống kính varifocal (thường 4.8-120 mm hoặc tỷ lệ zoom lớn hơn) với xoay ngang có động cơ (360° liên tục) và nghiêng (90-180°). Vòm lớn hơn (đường kính 140-260 mm) để chứa khối quang học xoay. Ưu điểm: một camera bao phủ thứ mà nếu khác phải cần 6-12 camera cố định, preset và tour cho phép phủ nhiều vùng theo lịch, zoom quang học cho chi tiết cấp nhận dạng ở 50-200 m. Nhược điểm: tại mỗi thời điểm chỉ phủ một vùng; PTZ không thay thế phủ cố định cùng khu vực, chỉ bổ sung cho nó. Xem so sánh đầy đủ dome vs bullet vs PTZ.

Kích thước cảm biến (1/2.8", 1/2.5", 1/1.8") và ảnh hưởng đến FOV

Kích thước cảm biến là biến thứ hai quyết định trường nhìn ở một tiêu cự cho trước. Quy ước đặt tên (1/3", 1/2.8", 1/2.7", 1/2.5", 1/2", 1/1.8") là di sản từ ống vidicon và không bằng đường chéo vật lý của cảm biến tính bằng inch. Kích thước đường chéo thực tế:

Cảm biến lớn hơn = FOV rộng hơn ở cùng tiêu cự. Ống kính 2.8 mm trên cảm biến 1/3" cho ~96° HFOV; cùng tiêu cự đó trên cảm biến 1/1.8" cho ~126° HFOV. Cảm biến lớn hơn cũng có photosite lớn hơn (thường 2.4 µm so với 1.4 µm), thu nhiều ánh sáng hơn trên mỗi điểm ảnh và cho độ nhạy thiếu sáng tốt hơn 1-2 EV. Vì vậy dome 4 MP 1/1.8" sẽ vượt dome 8 MP 1/2.8" trong cảnh mờ dù độ phân giải danh nghĩa thấp hơn.

Bảng thông số ghi kích thước cảm biến ở dòng đầu. Nếu dome được liệt kê là "4 MP" mà không có kích thước cảm biến, hãy giả định 1/3": một thiết bị giá rẻ. Dome 4 MP cao cấp luôn là 1/1.8" hoặc 1/2".

Các mức độ phân giải: 2 MP, 4 MP, 5 MP, 8 MP: mật độ điểm ảnh trên mét

Mật độ điểm ảnh trên mét (PPM) là chỉ số độ phân giải hữu ích duy nhất cho giám sát. Nó biểu thị có bao nhiêu điểm ảnh ngang bao phủ một mét của cảnh ở một khoảng cách cho trước. EN 62676-4 đặt các ngưỡng: 25 PPM cho phát hiện, 62 PPM cho quan sát, 125 PPM cho nhận ra, 250 PPM cho nhận dạng. Bảng dưới đây cho thấy PPM ở 5 m, 10 m và 20 m cho dome 2.8 mm ở bốn mức độ phân giải, với HFOV 108° (cảm biến 1/2.7").

Cách đọc bảng: dome 4 MP với 2.8 mm chỉ cho chi tiết cấp nhận ra (125+ PPM) đến ~7.5 m. Xa hơn đó bạn có cảnh quay cấp quan sát, không nhận dạng được qua khuôn mặt. Để kéo dài khoảng cách nhận dạng, hãy nâng độ phân giải (chuyển sang 8 MP) hoặc thu hẹp ống kính (chuyển sang dome 4 mm hoặc 6 mm). Để tìm hiểu sâu sự đánh đổi này, đọc megapixel so với khoảng cách.

Khoảng cách DORI cho các mẫu dome điển hình

Khoảng cách DORI (Detection, Observation, Recognition, Identification) do nhà sản xuất công bố tuân theo các định nghĩa mật độ điểm ảnh của EN 62676-4. Dưới đây là các số DORI chính thức từ ba nhà sản xuất lớn, mỗi hãng trên một mẫu dome 4 MP điển hình.

Hãy dùng chúng làm mốc thiết kế, không phải lời hứa tuyệt đối: DORI thực tế phụ thuộc mức ánh sáng, độ tương phản, nhòe chuyển động và nén codec. Với tổ hợp mẫu và cảnh của riêng bạn, máy tính DORI cho bốn khoảng cách với bất kỳ cặp ống kính-độ phân giải nào, và phân tích sâu DORI giải thích các ngưỡng được suy ra thế nào.

Cấp chống phá hoại IK10, IP66/IP67, nhiệt độ hoạt động

Các cấp môi trường quyết định dome có sống sót ở nơi bạn lắp hay không. Có ba tiêu chuẩn riêng cần đọc: IK (va đập), IP (bụi/nước) và nhiệt độ hoạt động.

Cấp IK (IEC 62262) đo năng lượng va đập bằng joule. IK08 = 5 J (1.7 kg từ 30 cm); IK10 = 20 J tiêu chuẩn hoặc 50 J gia cường (5 kg từ 40 cm, tương đương một cú đánh mạnh bằng gậy bóng chày). Chỉ định IK10 cho: trường học, nhà tù, giao thông công cộng, sân vận động, bên ngoài tầng trệt và bất cứ nơi nào người đứng trên sàn có thể với tới camera. Văn phòng trong nhà và trần cao trên 3.5 m có thể dùng IK08 hoặc vỏ trong nhà không phân cấp.

Cấp IP (IEC 60529) gồm hai chữ số: số đầu cho chất rắn, số sau cho chất lỏng. IP66 = kín bụi + tia nước mạnh (vòi 12.5 mm, 100 kPa, khoảng cách 3 m, không xâm nhập có hại). IP67 = kín bụi + ngâm tạm thời đến độ sâu 1 m trong 30 phút. IP66 đủ cho 95% kịch bản ngoài trời, kể cả mưa tạt và rửa xịt. IP67 chỉ cần ở nơi có thể có nước đọng hoặc ngập (lối vào tầng hầm, tường bến, chế biến thực phẩm). IP68 (ngâm liên tục) hiếm và không cần thiết ngoài hồ bơi hoặc ứng dụng hàng hải.

Nhiệt độ hoạt động. Dome tiêu chuẩn hoạt động từ -10°C đến +50°C. Dome cho môi trường lạnh ( -40°C đến +60°C) có bộ sưởi bên trong tiêu thụ 4-8 W khi hoạt động và cần PoE+ (30 W) hoặc 12 VDC phụ. Với lắp đặt ở Bắc Âu, Canada hoặc vùng núi Alps, hãy chỉ định phiên bản -40°C: vòm của dome tiêu chuẩn có thể nứt ở -25°C và bộ lọc IR-cut màn trập LCD không chuyển đổi đáng tin dưới -15°C.

Thông số ngoài trời tổng hợp. Mức nền an toàn cho dome ngoài trời nơi công cộng là: IP66 + IK10 + -30°C đến +60°C + PoE 802.3af (hoặc PoE+ nếu có bộ sưởi). Hãy kiểm tra cả ba trên bảng dữ liệu; nhà cung cấp đôi khi đáp ứng hai trên ba và lặng lẽ bỏ qua cái thứ ba.

Độ cao lắp: trần vs tường vs treo

Độ cao lắp thay đổi cả vùng được phủ và mật độ điểm ảnh ở mặt phẳng mục tiêu. Dùng các độ cao tham chiếu này làm điểm khởi đầu thiết kế.

Trần trong nhà, dome âm. 2.4-3.0 m. Dưới 2.4 m dome dễ bị phá hoại kể cả trong nhà; trên 3.0 m dome 2.8 mm sẽ vượt tầm nhận dạng ở rìa FOV. Để thu khuôn mặt ở lối vào, đặt dome ở 2.7 m và 0.5-1.5 m sau cửa, nghiêng 10° xuống.

Tường trong nhà, dome gắn giá đỡ. 3.0-4.0 m, nghiêng xuống 15-25°. Lắp tường là lựa chọn đúng khi lắp trần không thực tế (trần thả không có lối vào khoang, ống gió vướng) hoặc khi bạn muốn tầm nhìn có hướng thay vì nhìn xuống 360°. Dome gắn tường ở 3.5 m với ống kính 4 mm và nghiêng 20° phủ vùng rộng 6 m × dài 12 m với chi tiết cấp nhận ra.

Tường ngoài trời, mái hiên hoặc ván diềm. 3.5-4.5 m. Lắp dưới phần nhô của mái hiên để che vòm khỏi mưa và nắng trực tiếp, giảm chói và kéo dài tuổi thọ vòm. Nghiêng xuống 20-30° cho tầm nhìn điển hình ra đường vào hoặc sân.

Treo ngoài trời, cột hoặc dầm. 4-8 m, trong đó 6 m là điểm lý tưởng cho bãi đỗ xe và sân trước. Trên 8 m, dome 2.8 mm ở mặt đất giảm xuống dưới 125 PPM (nhận ra) ngay cả với cảm biến 4 MP: chuyển sang ống kính 6 mm hoặc 8 mm và chấp nhận FOV hẹp hơn, hoặc lên cảm biến 8 MP. Với cột rất cao (10-12 m), dome PTZ treo tiết kiệm hơn bốn hoặc năm dome cố định.

Biên độ nghiêng. Mỗi dome có độ nghiêng tối đa, thường 75-80° so với phương ngang. Điều này tạo ra nón mù 10-15° ngay dưới thiết bị. Dome ở độ cao 3 m có vòng tròn mù đường kính 0.8-1.0 m trên sàn; ở 6 m vòng tròn mù tăng lên 1.6-2.0 m. Lên kế hoạch camera kề bên phủ chéo các vùng này; xem điểm mù CCTV.

Lỗi FOV phổ biến ở dome

Năm lỗi giải thích phần lớn các lắp đặt dome kém hiệu năng. Mỗi lỗi đều sửa được lúc thiết kế và tốn kém để sửa sau khi lắp.

Cách chọn kích cỡ dome: ví dụ giải chi tiết

Kịch bản: sàn bán lẻ rộng 8 m × dài 12 m, trần cao 3.0 m. Khách hàng muốn cảnh quay cấp nhận ra của mọi khách tham quan và chấp nhận cấp quan sát ở các góc sau. Ngân sách cho phép một dome.

Bước 1: chọn vị trí lắp. Lắp dome ở chính giữa, cách cửa trước 4 m và cách mỗi tường bên 4 m. Dome ở độ cao 3.0 m, nhìn thẳng xuống với tầm nhìn 360° ở vòm (chúng ta dùng FOV hình tròn tự nhiên của dome).

Bước 2: tính FOV cần thiết. Khoảng cách chéo từ dome đến góc xa nhất của phòng là √((8/2)² + (12-4)²) ≈ √(16 + 64) ≈ 8.9 m. Để phủ khoảng này bằng dome hướng xuống ở độ cao 3 m, ta cần HFOV đủ rộng để bán kính chiếu trên sàn ít nhất 8.9 m. HFOV ≈ 2 · arctan(8.9 / 3.0) ≈ 144°: quá rộng cho dome tiêu chuẩn. Hoặc dời dome (sang tường sau và nghiêng về phía trước) hoặc chấp nhận dome 2.8 mm chỉ phủ 8-10 m phía trước ở cấp nhận ra.

Bước 3: chọn ống kính. Dome 4 MP với ống kính 2.8 mm trên cảm biến 1/2.7" cho ~108° HFOV. Ở độ cao 3 m, điều đó phủ một vòng tròn bán kính 3 · tan(54°) ≈ 4.1 m ở mặt sàn, tức vòng tròn đường kính 8.2 m. 4 m × 8 m phía trước của phòng được phủ tốt; 4 m × 8 m phía sau nằm ngay ngoài bán kính nhận ra. PPM ở khoảng cách mặt đất 5 m là 186 (nhận ra+); ở 8 m là 116 (ngay dưới nhận ra).

Bước 4: kiểm chứng với yêu cầu của khách hàng. Khách hàng muốn nhận ra mọi khách tham quan. Giải pháp một dome chỉ cho nhận ra đến 7.5 m. Để đáp ứng yêu cầu, hoặc thêm dome thứ hai ở phía sau phòng (bố trí đối xứng, cách tường sau 4 m), hoặc nâng cấp lên dome varifocal 4 MP ở tiêu cự 4 mm và dời dome sang tường sau hướng về lối vào: điều này cho HFOV 84° và 200+ PPM suốt chiều dài 12 m.

Bước 5: lặp lại phép tính. Đưa mặt bằng, vị trí dome và lựa chọn ống kính vào máy tính FOV để hình dung vùng phủ trên mặt bằng 2D; đối chiếu PPM theo khoảng cách bằng máy tính DORI; chọn đúng mẫu từ danh mục camera. Để biết nền tảng của phép tính FOV, xem trường nhìn được giải thích và tra thuật ngữ lạ trong bảng thuật ngữ.