Công cụ Chọn Ống kính

Sự tương tác giữa tiêu cự, cảm biến và DORI

Tiêu cự là khoảng cách, tính bằng milimét, giữa tâm quang học của thấu kính và cảm biến hình ảnh khi thấu kính được lấy nét ở vô cực. Tiêu cự ngắn hơn thu được góc nhìn rộng hơn; tiêu cự dài hơn thu được góc nhìn hẹp hơn với độ phóng đại rõ rệt hơn. Cùng một thấu kính sẽ hoạt động khác nhau trên các kích thước cảm biến khác nhau — thấu kính 4 mm trên cảm biến 1/3" cho HFOV 65°, cùng một thấu kính 4 mm đó trên cảm biến 2/3" cho HFOV 95°. Việc lựa chọn thấu kính mà không lựa chọn cảm biến là vô nghĩa.

Đối với thực tiễn lắp đặt, bốn ngưỡng DORI tiêu chuẩn EN 62676-4 tương ứng rõ ràng với các khuyến nghị về tiêu cự khi khoảng cách và cảm biến được cố định. Trên camera 4 MP 1/2.8" (cấu hình CCTV phổ biến nhất năm 2026), các quy tắc chung là: 2,8 mm cho vùng phủ sóng cấp độ Phát hiện ở khu vực lên đến 5 m, 4 mm cho vùng phủ sóng cấp độ Quan sát từ 5–10 m, 6 mm cho vùng phủ sóng cấp độ Nhận dạng từ 10–15 m, 8 mm cho Nhận dạng ở 15–20 m hoặc Xác định ở 8–10 m, 12 mm cho Xác định ở 12–18 m và 16–25 mm cho Xác định ở khoảng cách trên 20 m. Công cụ tính toán ở trên áp dụng phiên bản đơn giản hóa của sự tương ứng này với khoảng cách đường ngắm mà bạn nhập vào, có tính đến chiều cao lắp đặt thông qua phạm vi nghiêng.

Ống kính cố định chỉ cho phép bạn sử dụng một tiêu cự duy nhất; ống kính đa tiêu cự (ví dụ: 2,8–12 mm) cho phép bạn điều chỉnh tại chỗ sau khi camera đã được lắp đặt. Ống kính cố định thường rẻ hơn 30–50%, sắc nét hơn một chút ở khẩu độ tối đa và có ít bộ phận chuyển động hơn nên dễ hỏng. Ống kính đa tiêu cự là lựa chọn phù hợp khi (a) khoảng cách lắp đặt không chắc chắn, (b) khách hàng có thể sắp xếp lại đồ đạc hoặc kệ, hoặc (c) bạn đang triển khai một SKU duy nhất trên nhiều địa điểm và muốn chuẩn hóa hàng tồn kho. Ống kính đa tiêu cự có động cơ — đôi khi được gọi là "tự động lấy nét" hoặc "thu phóng từ xa" — cho phép điều chỉnh từ hệ thống quản lý video (VMS) mà không cần quay lại địa điểm, điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí sau khi tránh được một lần phải đến địa điểm lắp đặt.

Ống kính mắt cá (1,0–1,8 mm, thường là ngàm M12) đạt được phạm vi bao phủ bán cầu 180–360° bằng cách cố tình làm biến dạng hình ảnh. Mật độ điểm ảnh ở các cạnh thấp hơn đáng kể so với ở trung tâm, do đó phạm vi DORI hiệu quả của ống fish-eye ngắn hơn nhiều so với phạm vi bao phủ góc của nó. Sử dụng fish-eye để nhận biết tình huống — biết rằng có ai đó ở đâu đó trong phòng — và kết hợp nó với một camera tele riêng biệt cho bất kỳ nhiệm vụ nhận dạng nào. Ống kính thẳng tiêu chuẩn (2,8 mm trở lên trên các cảm biến thông thường) giữ nguyên các đường thẳng và mật độ điểm ảnh đồng đều, đó là điều mà mọi phép tính DORI đều giả định.

Chất lượng thấu kính thể hiện rõ nhất khi chịu áp lực. Đường cong MTF (hàm truyền điều biến) tiêu chuẩn được vẽ trong bảng thông số kỹ thuật của thấu kính cho thấy thấu kính giữ được bao nhiêu độ tương phản ở các tần số không gian tăng dần — MTF cao hơn ở tần số cao có nghĩa là chi tiết sắc nét hơn. Các thấu kính thủy tinh vượt trội hơn nhựa về MTF, độ ổn định nhiệt và độ rõ nét lâu dài, nhưng chúng có giá cao hơn từ ba đến năm lần. Đối với các ống kính góc rộng 2,8–4 mm, nơi mật độ điểm ảnh đã thấp, một thấu kính nhựa giá rẻ vẫn ổn. Đối với ống kính 12 mm trở lên, nơi mỗi dòng MTF đều chuyển thành phạm vi thu được bằng chứng, thấu kính thủy tinh cao cấp với các thấu kính tán xạ thấp (LD) sẽ nhanh chóng mang lại hiệu quả.

Khẩu độ (f-stop) — được viết là f/1.6, f/2.0, v.v. — là tỷ lệ giữa tiêu cự và đường kính đồng tử đầu vào, quyết định lượng ánh sáng chiếu đến cảm biến. Khẩu độ càng nhỏ thì càng thu được nhiều ánh sáng. f/1.4 sáng gấp đôi f/2.0, gấp bốn lần f/2.8. Đối với các điều kiện ánh sáng yếu (bãi đậu xe ban đêm, nhà kho trong nhà có ánh sáng kém), mỗi khẩu độ đều quan trọng: ống kính f/1.6 sẽ cho hình ảnh có thể sử dụng được trong khi ống kính f/2.4 cho hình ảnh dưới mức độ chiếu sáng tối thiểu của camera. Sự đánh đổi nằm ở độ sâu trường ảnh và độ sắc nét ở rìa — khẩu độ rộng hơn sẽ lấy nét ở dải khoảng cách hẹp hơn và thể hiện nhiều quang sai màu hơn. Để nhận dạng tầm xa ở khoảng cách 20 m trở lên trong điều kiện ánh sáng tốt, f/2.0–f/2.4 là lựa chọn tối ưu. Đối với các điều kiện ánh sáng yếu dome ở khoảng cách 5–10 m, hãy ưu tiên f/1.4–f/1.6.

Cách sử dụng bộ chọn ống kính này

1. Điều chỉnh chiều cao lắp đặt. Sử dụng chiều cao lắp đặt thực tế của camera so với mặt phẳng mục tiêu. Đối với camera trong nhà gắn trần, mặt phẳng mục tiêu thường là sàn nhà; đối với camera ngoài trời gắn trên cột, mặt phẳng mục tiêu thường là 1,5 m so với mặt đất (ngang tầm đầu người). 3 m là chiều cao lắp đặt phổ biến nhất trong nhà, còn 4–6 m là chiều cao điển hình cho camera gắn trên cột ngoài trời.
2. Đặt khoảng cách mục tiêu. Đây là khoảng cách ngang từ vị trí ngay dưới máy ảnh đến đối tượng cần đo. Công cụ tính toán kết hợp chiều cao lắp đặt và khoảng cách ngang thành phạm vi góc nghiêng, đây chính là độ phân giải thực tế mà ống kính cần đạt được.
3. Hãy đọc thông tin về loại ống kính được khuyến nghị. Biểu đồ màu xanh lá cây hiển thị tiêu cự đạt được mật độ điểm ảnh cân bằng trên máy ảnh 4 MP 1/2.8" thông thường. Hãy sử dụng nó làm điểm khởi đầu cho các bản dự thảo hồ sơ dự thầu và phản hồi chào giá.
4. So sánh với biểu đồ đầy đủ. Bảng so sánh ống kính hiển thị mọi tiêu cự thông dụng cùng với phạm vi phủ sóng và FOV dự kiến. Hãy sử dụng bảng này để đánh giá các lựa chọn thay thế — ví dụ, nếu gói thầu của bạn yêu cầu phạm vi phủ sóng cấp độ Nhận dạng ở cùng khoảng cách, hãy chọn ống kính cao hơn hai bậc so với ống kính được đề xuất.

Ví dụ minh họa: Nhận dạng khuôn mặt tại cửa ra vào bán lẻ

Một cửa hàng bán lẻ trên phố lớn có lối vào cửa tự động rộng 1,8 m và muốn ghi lại hình ảnh khuôn mặt của mọi khách hàng ở ngưỡng nhận dạng EN 62676-4 (250 PPM) để phục vụ việc xem xét phòng ngừa mất mát. Vị trí lắp đặt được chọn là trần giả hiện có, cách sàn nhà 3 m, với camera được đặt nằm ngang cách cửa 4 m bên trong để khách hàng đi về phía camera khi bước vào.

Khoảng cách xiên từ camera đến mặt phẳng khuôn mặt ở độ cao 1,6 m — giả sử khuôn mặt nằm cách camera 1,4 m — là √(4² + 1,4²) = 4,24 m. Nhập các giá trị này vào bộ chọn ống kính với chiều cao lắp đặt 3 m và khoảng cách mục tiêu 4 m, ống kính được đề xuất là 2,8 mm. Tuy nhiên, khuyến nghị này được hiệu chỉnh để cân bằng phạm vi phủ sóng đa năng; đối với mật độ điểm ảnh cấp độ Nhận dạng trên khuôn mặt, chúng ta cần xác minh bằng phép toán DORI cụ thể.

Trên cảm biến 4 MP 1/2.8" (2560 pixel ngang, chiều rộng cảm biến 5.4 mm), ống kính 2.8 mm cho góc HFOV ) ≈ 88°, chiều rộng khung hình ở khoảng cách 4.24 m ≈ 8.2 m, và mật độ pixel khoảng 312 PPM — cao hơn mức tối thiểu 250 PPM của cảm biến nhận diện. Phạm vi phủ sóng ngang 8.2 m rộng hơn nhiều so với cửa ra vào 1.8 m, vì vậy một camera duy nhất có thể bao phủ toàn bộ lối vào với khoảng trống để ghi lại hình ảnh khách hàng đến từ cả hai phía. Ống kính 4 mm sẽ cho 478 PPM và phạm vi phủ sóng 5.7 m — cũng khả thi, với khoảng trống thu thập bằng chứng lớn hơn đổi lại phạm vi thu sóng ngang hẹp hơn một chút.

Nhà tích hợp chọn ống kính zoom quang học điều khiển bằng động cơ 2,8–12 mm làm mã sản phẩm (SKU) cho gói thầu vì (a) chuỗi cửa hàng có 80 cửa hàng với chiều rộng cửa và chiều cao trần khác nhau, và (b) bất kỳ thay đổi nào về bố trí cửa hàng trong tương lai đều có thể được điều chỉnh từ xa thông qua hệ thống quản lý video (VMS) mà không cần cử kỹ thuật viên đến tận nơi. Chi phí chênh lệch so với mã sản phẩm cố định 2,8 mm là khoảng 35%, nhưng khoản tiết kiệm do không cần phải đến tận nơi lắp đặt sẽ bù đắp chi phí khi chỉ cần một lần đến cửa hàng cho mỗi camera trong suốt vòng đời sử dụng 5 năm.

Những lỗi thường gặp khi chọn ống kính

• Chọn ống kính dựa trên khoảng cách chụp tối đa thay vì khoảng cách làm việc thực tế. Ống kính 25 mm cho hình ảnh đẹp ở khoảng cách 50 m nhưng lại vô dụng ở khoảng cách 5 m — bất cứ vật thể nào ở gần hơn đều bị mờ, và FOV quá hẹp để bắt trọn chủ thể. Luôn chọn ống kính cho khoảng cách làm việc thông thường, chứ không phải trường hợp xấu nhất. Nếu phạm vi làm việc thay đổi, hãy sử dụng ống kính đa tiêu cự.
• Nhầm lẫn giữa zoom quang học và zoom kỹ thuật số. Ống kính zoom quang học 12x thực sự làm tăng mật độ điểm ảnh trên đối tượng. Ống kính zoom kỹ thuật số 12x chỉ phóng to ít điểm ảnh hơn bằng phần mềm — nó không thể tạo ra chi tiết mà ống kính không thu được. Yêu cầu nhận dạng luôn cần đến khả năng thu phóng quang học.
• Bỏ qua khẩu độ (f-stop) khi chụp trong điều kiện thiếu sáng. Ống kính 4mm f/2.4 ở độ sáng 5 lux có độ sáng chỉ bằng khoảng một nửa so với ống kính 4mm f/1.6 — điều này thường tạo nên sự khác biệt giữa một hình ảnh màu có thể sử dụng được và một khung hình đen trắng nhiễu chỉ có IR ngoại. Luôn kiểm tra thông số độ sáng tối thiểu của sự kết hợp giữa ống kính và máy ảnh, chứ không chỉ riêng máy ảnh.
• Ngàm ống kính không tương thích với định dạng cảm biến. Ống kính được thiết kế cho cảm biến 1/3" sẽ bị tối góc nghiêm trọng khi sử dụng với cảm biến 1/2". Luôn luôn chọn thông số vòng tròn ảnh của ống kính phù hợp với kích thước cảm biến hoặc lớn hơn. Ngàm M12 chiếm ưu thế đối với cảm biến dưới 1/2"; ngàm CS chiếm ưu thế đối với cảm biến từ 1/2" trở lên.
• Việc đặt ra yêu cầu quá cao về chất lượng thấu kính đối với các ống kính góc rộng. Ống kính góc rộng 2,8 mm đã có độ phân giải điểm ảnh rất thấp — thấu kính cao cấp hầu như không cải thiện độ phân giải hữu ích ở khoảng cách xa. Hãy dành ngân sách đó cho các ống kính có phạm vi thu nhận xa hơn, nơi mà MTF thực sự mang lại phạm vi thu nhận bằng chứng.
• Quên mất hiện tượng thu ngắn phối cảnh khi dùng ống kính tele. Ống kính 25 mm hướng xuống quá nhiều sẽ làm giảm độ sâu trường ảnh một cách đáng kể. Người ở gần rìa khung hình trông bị méo mó; người ở xa rìa khung hình trông đúng hình dạng nhưng rất nhỏ. Ống kính tele cần góc nghiêng nông; góc nghiêng sâu cần tiêu cự ngắn hơn.

Các tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo về tuân thủ

• EN 62676-4:2015 — Hướng dẫn ứng dụng cho hệ thống giám sát video. Các khuyến nghị về ống kính nêu trên được hiệu chuẩn theo ngưỡng tiêu chuẩn 25 / 63 / 125 / 250 PPM. Máy tính EN 62676-4 →
• IEC 62676-4:2025 (OODPCVS) — Bản cập nhật năm 2025 giới thiệu mật độ điểm ảnh chế độ hành lang và các cấp phụ phân tích AI ; rất hữu ích khi lựa chọn ống kính cho các triển khai hành lang và thị giác máy tính.
• NATO STANAG 4347 / Johnson Criteria — Chỉ số chu kỳ trên mục tiêu (Cycles-on-target - DORI) cho cảm biến nhiệt. Chỉ số này chi phối việc lựa chọn ống kính cho chụp ảnh nhiệt tầm xa trong trường hợp DORI không áp dụng. Công cụ tính toán tiêu chí Johnson →
• NDAA Section 889 — Hạn chế mua sắm của Mỹ đối với các nhà sản xuất được liệt kê; áp dụng cho các cụm máy ảnh và ống kính được bán như một bộ phận hoàn chỉnh. Tài liệu tham khảo về tuân thủ NDAA →
• ISO 12233 — Phương pháp đo độ phân giải và đáp ứng tần số không gian. Cơ sở cho các phép đo MTF được trích dẫn trong bảng thông số kỹ thuật của thấu kính.

Tiếp tục đọc