Obiettivi a fuoco fisso e varifocali: quale è meglio per la tua fotocamera

Il progetto di una telecamera può avere il sensore, il processore e l'alloggiamento giusti e fornire comunque la visione sbagliata della scena. Una delle prime decisioni che influenza fortemente il risultato è se utilizzare un obiettivo a fuoco fisso o un obiettivo varifocale. I termini sono talvolta usati in modo approssimativo, quindi vale la pena separare due idee: la regolazione della messa a fuoco modifica la distanza alla quale l'immagine è nitida, mentre la regolazione della lunghezza focale modifica il campo visivo. Un obiettivo può essere messo a fuoco durante l'installazione senza essere varifocale. Un vero obiettivo varifocale consente di regolare la lunghezza focale, e quindi l'inquadratura, su un intervallo definito.

Nessuno dei due design è automaticamente migliore. UNobiettivo a lunghezza focale fissaè spesso pratico quando si conoscono la posizione della telecamera e la copertura richiesta. Un obiettivo varifocale può essere utile quando le condizioni di installazione variano o non è possibile stabilire in anticipo l'angolo di visione finale. La scelta giusta dipende dall'applicazione, dal volume di produzione, dall'involucro meccanico e dalla regolazione di cui l'utente ha effettivamente bisogno.

1. La regolazione della messa a fuoco non è la stessa cosa dello zoom

Un obiettivo a lunghezza focale fissa ha una lunghezza focale progettata. Il suo campo visivo è determinato dalla lunghezza focale e dalle dimensioni del sensore attivo. Durante l'installazione, l'obiettivo potrebbe comunque richiedere la messa a fuoco in modo che il piano di destinazione sia nitido. Sulle fotocamere compatte, ciò può comportare la rotazione dell'obiettivo nel suo supporto e quindi il suo fissaggio.

Un obiettivo varifocale ha una gamma di lunghezze focali, ad esempio un'impostazione più corta per una visione più ampia e un'impostazione più lunga per una visione più ristretta. La modifica della lunghezza focale modifica l'ingrandimento e l'inquadratura dell'immagine. L'installatore potrebbe quindi dover eseguire nuovamente la messa a fuoco, a seconda del design ottico. UNlente varifocaleinoltre, non deve essere confuso con un obiettivo zoom motorizzato: la regolazione varifocale può essere manuale, mentre lo zoom motorizzato aggiunge attuatori ed elettronica di controllo. Questa distinzione è importante quando si scrive una specifica perché “messa a fuoco regolabile” e “campo visivo regolabile” descrivono funzioni diverse.

2. Quando ha senso un obiettivo a lunghezza focale fissa

I design a lunghezza focale fissa sono interessanti quando la posizione di montaggio della telecamera, la distanza del target e la copertura richiesta sono stabili. Il design ottico può essere ottimizzato attorno a una lunghezza focale e a un formato del sensore anziché a un intervallo. Ciò può semplificare il controllo delle dimensioni, dei costi, della distorsione e della qualità dell'immagine per un'applicazione definita.

Ciò è rilevante per le fotocamere integrate ad alto volume. Una telecamera per campanello, una telecamera IP compatta, una dash cam o un modulo di ispezione dedicato possono avere una posizione meccanica fissa e una scena ben definita. Una volta convalidato il campo visivo, una lunghezza focale regolabile può aggiungere complessità senza migliorare il prodotto. I progetti fissi possono anche semplificare l'assemblaggio e ridurre il numero di regolazioni che devono essere apportate in modo coerente sulla linea di produzione.

Il limite è la flessibilità. Se la telecamera viene successivamente installata più lontano dall'obiettivo o il cliente modifica la copertura richiesta, un obiettivo fisso potrebbe non fornire l'inquadratura desiderata. Il progetto potrebbe richiedere una lunghezza focale diversa o una posizione di montaggio riprogettata. È quindi importante confermare la geometria di installazione prima di definire le specifiche dell'obiettivo.

3. Dove sono utili le lenti varifocali

Le lenti varifocali sono utili quando la geometria di installazione è incerta o differisce da sito a sito. Un integratore di sicurezza potrebbe dover inquadrare una porta, una zona di carico o un'area perimetrale dopo aver montato la telecamera. Una lunghezza focale variabile può aiutare l'installatore a scambiare la copertura con i dettagli senza spostare fisicamente la telecamera.

Possono anche essere utili durante le implementazioni pilota. Un cliente potrebbe conoscere la scena approssimativa ma non la distanza finale tra la fotocamera e il soggetto. Una lente regolabile consente al team di valutare diversi punti di vista prima di congelare le specifiche. Tuttavia, l'intervallo di regolazione deve essere appropriato. Un'ampia gamma stampata su una scheda tecnica non garantisce che l'obiettivo fornisca risoluzione, distorsione o prestazioni ai bordi accettabili con ogni impostazione.

Per i progetti che utilizzano l'ottica varifocale, chiedi prove della qualità dell'immagine alle estremità grandangolare, media e teleobiettivo della gamma. Controllare se la messa a fuoco deve essere regolata nuovamente dopo le modifiche della lunghezza focale, come viene bloccata l'impostazione e se la regolazione può essere eseguita dopo aver installato la fotocamera nel suo alloggiamento.

4. Confrontare il sistema di imaging completo

Il formato del sensore è un punto di partenza perché influisce sull'area dell'immagine utilizzata dall'obiettivo. Per una data lunghezza focale, un sensore attivo più grande generalmente cattura un campo visivo più ampio rispetto a uno più piccolo. I campi visivi orizzontali e verticali devono essere calcolati utilizzando le dimensioni effettive dell'immagine attiva, non solo il formato nominale del sensore.

Quindi, definisci la scena. Registrare l'altezza di montaggio della telecamera, la distanza del target, la copertura orizzontale richiesta e l'oggetto o la caratteristica più piccola che deve essere riconosciuta. Una visione ampia può includere l'intera scena ma lasciare un bersaglio troppo piccolo per l'identificazione. Una visualizzazione più ristretta può migliorare la densità dei pixel sul bersaglio ma perdere l'attività vicino ai bordi. Si tratta di un compromesso applicativo, non di una semplice questione su quale obiettivo abbia l'angolo maggiore.

Per un sistema varifocale, verificare la qualità dell'immagine con più impostazioni di lunghezza focale. Per un obiettivo fisso, valutare la distanza di installazione effettiva e la regione target. In entrambi i casi, valutare la nitidezza del centro e dei bordi, la distorsione, l'illuminazione relativa, l'aberrazione cromatica e le prestazioni con l'illuminazione prevista. Se la telecamera include una finestra di copertura, prova con quella finestra installata.

5. Considerazioni ottiche e meccaniche

Un gruppo varifocale di solito contiene più elementi mobili o regolabili rispetto a una semplice lente di bordo a lunghezza focale fissa. Il progetto meccanico deve mantenere l'allineamento mentre l'utente modifica l'impostazione. Il meccanismo di regolazione deve resistere a movimenti involontari dopo l'installazione e l'alloggiamento deve fornire un accesso sufficiente all'installatore senza compromettere la tenuta o la protezione.

Una lente fissa non è automaticamente esente da rischi meccanici. La posizione della messa a fuoco, l'innesto della filettatura, il metodo adesivo o di bloccaggio, le dimensioni del barilotto e le tolleranze di assemblaggio influiscono tutti sulla fotocamera finale. Se la lente viene regolata durante la produzione, il processo necessita di un target di messa a fuoco ripetibile e di una procedura di bloccaggio definita. Se viene regolato sul campo, l'installatore necessita di istruzioni chiare e di un modo per verificare il risultato.

Anche le condizioni ambientali contano. Vibrazioni, variazioni di temperatura, polvere e umidità possono influire sul gruppo della fotocamera. Per applicazioni esterne o su veicoli, valutare il modulo completo e il suo metodo di ritenzione nelle condizioni di qualificazione effettive. Non dare per scontato che un obiettivo sia idoneo dal punto di vista ambientale semplicemente perché si adatta all'alloggiamento della fotocamera.

6. Costo, produzione e manutenibilità

Per una fotocamera prodotta in serie, confrontare il costo totale del sistema anziché il solo prezzo dell'unità obiettivo. Un design varifocale può ridurre le visite di installazione o evitare di immagazzinare diverse lunghezze focali fisse. D'altro canto, può aumentare il costo del gruppo ottico, dell'alloggiamento, del processo di regolazione e del controllo qualità. Potrebbe anche richiedere una maggiore formazione per gli installatori.

Un obiettivo fisso può essere efficiente quando il prodotto è standardizzato e la fotocamera è assemblata in grandi quantità. Il produttore può stabilire una configurazione ottica e meccanica ripetibile e verificarla con test definiti. Ciò è particolarmente utile quando l'utente finale non ha bisogno di modificare l'inquadratura dopo l'installazione.

La strategia del servizio dovrebbe essere inclusa nella decisione. Se le telecamere vengono riposizionate o riutilizzate frequentemente in siti diversi, la flessibilità di regolazione può avere un valore reale. Se una fotocamera viene sigillata in un prodotto e non viene mai più toccata, l'intervallo di regolazione aggiuntivo potrebbe non giustificarne il costo. Gli acquirenti dovrebbero considerare la manodopera di installazione, le scorte di sostituzione, le chiamate di assistenza e il rendimento della produzione insieme al prezzo indicato dell'obiettivo.

7. Una checklist pratica per la selezione

Prima di richiedere un preventivo, preparare il modello del sensore e le dimensioni dell'immagine attiva, il campo visivo orizzontale e verticale richiesto, la distanza del target, la geometria della fotocamera rispetto al soggetto, la dimensione minima dell'oggetto, l'involucro dell'obiettivo disponibile e l'interfaccia di montaggio. Indicare se la lunghezza focale deve essere regolabile dopo l'installazione o se è sufficiente la regolazione della messa a fuoco durante il montaggio.

Per una proposta varifocale, specificare l'intervallo di lunghezze focali richiesto e richiedere i valori del campo visivo con impostazioni rappresentative. Richiedi prove della qualità dell'immagine su tutta la gamma anziché fare affidamento su un'immagine campione. Per un obiettivo fisso, fornire l'esatta copertura del target e la distanza in modo che il fornitore possa consigliare una lunghezza focale adeguata. In entrambi i casi, definire la temperatura operativa, l'esposizione alle vibrazioni, il campo di illuminazione e i criteri di accettazione.

Una valutazione utile utilizza le impostazioni finali del sensore, dell'alloggiamento, della finestra protettiva e dell'elaborazione delle immagini. Un obiettivo che sembra adatto a un banco ottico può comportarsi diversamente dopo l'integrazione, in particolare se la fotocamera include una finestra di copertura o un pacchetto meccanico strettamente vincolato.

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Ottica Boshifornisce obiettivi per fotocamere per applicazioni di sicurezza, automobilistiche, droni e imaging incorporato e supporta discussioni ottiche personalizzate quando una configurazione standard non soddisfa i requisiti di sistema. Per un progetto che confronta opzioni fisse e regolabili, le informazioni iniziali più utili sono il sensore, il campo visivo, la distanza target, le dimensioni della confezione disponibili e il volume di produzione previsto.

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Conclusione: scegli la regolazione che utilizzerai effettivamente

Un obiettivo a lunghezza focale fissa e un obiettivo varifocale risolvono diversi problemi. La lunghezza focale fissa è spesso la scelta migliore per un design di fotocamera ripetibile con geometria nota e produzione in grandi volumi. La regolazione varifocale è utile quando è necessario ottimizzare l'inquadratura sul posto o quando le condizioni di distribuzione variano. La decisione migliore viene presa definendo innanzitutto l'immagine richiesta, quindi controllando le prestazioni ottiche, la meccanica, il flusso di lavoro di installazione e il costo totale del sistema.

Se la lunghezza focale non deve essere modificata dopo l'installazione, una progettazione fissa può essere più semplice ed economica. Se l’incertezza dell’inquadratura rappresenta un rischio reale per il progetto, una lente varifocale può far risparmiare tempo e migliorare la flessibilità di implementazione. In entrambi i casi, convalida la fotocamera completa anziché scegliere solo da un'etichetta di lunghezza focale.