Come scegliere un obiettivo per dash cam per le condizioni di guida reali

Introduzione: una dash cam deve registrare più di una vista piacevole

Una dash cam può sembrare un prodotto di imaging semplice: punta una telecamera attraverso il parabrezza, registra la strada e salva il filmato. In pratica, l'obiettivo deve gestire una difficile combinazione di condizioni.

La scena può passare dal cielo luminoso a un tunnel buio in pochi secondi. I fari possono creare forti riflessi di notte. Il parabrezza aggiunge un'altra superficie ottica e la fotocamera può essere esposta a vibrazioni, calore, freddo e ripetuti cambiamenti di illuminazione. Nel frattempo, l'obiettivo deve essere inserito in un alloggiamento compatto e fornire una copertura sufficiente per catturare eventi rilevanti senza rendere troppo piccoli i dettagli importanti.

Per i produttori che sviluppano una dash cam, la scelta dell’obiettivo è quindi una decisione di sistema. La lunghezza focale è importante, ma è solo una parte delle specifiche. Questa guida spiega i parametri che meritano attenzione prima che un obiettivo venga approvato per la produzione.

1. Inizia con il campo visivo richiesto

Il campo visivo (FOV) determina la porzione di scena catturata dalla fotocamera. Un FOV più ampio può includere più corsie, contesto stradale ed eventi vicino al veicolo. Ma più ampio non è automaticamente migliore.

Quando si utilizza un sensore fisso, un obiettivo molto ampio distribuisce la scena sull'immagine in modo tale che gli oggetti distanti occupino meno pixel. La distorsione potrebbe anche diventare più evidente verso i bordi. Se un progetto necessita di leggere segnali o acquisire dettagli a distanza, il team dovrebbe valutare quanti dettagli utilizzabili rimangono nella parte rilevante dell'immagine.

Conferma se la specifica si riferisce al FOV orizzontale, verticale o diagonale. Questi valori non sono intercambiabili. Dipendono anche dalle dimensioni del sensore e dal modello di proiezione ottica. Confrontare gli obiettivi utilizzando un solo angolo pubblicizzato può quindi portare a conclusioni fuorvianti.

Un test pratico consiste nel definire l'area che deve essere visibile, come le corsie antistanti e i lati del veicolo, e controllare le riprese campione nell'angolo di installazione effettivo. L'obiettivo è la copertura utilizzabile, non semplicemente il numero più grande su una scheda tecnica.

2. Abbina l'obiettivo al sensore

Obiettivo e sensore dovrebbero essere valutati come una coppia. L'obiettivo deve fornire un cerchio di immagine che copra il formato del sensore e le sue prestazioni ottiche devono essere adatte ai requisiti di dimensione dei pixel e risoluzione del sensore.

Un numero di megapixel più elevato non garantisce che l'intera fotocamera registrerà dettagli più utili. Se l'obiettivo ha un potere risolvente insufficiente, un contrasto scarso o prestazioni ai bordi deboli, il sensore potrebbe non catturare i dettagli previsti dal team di progettazione.

Controlla almeno:

- Formato del sensore e dimensioni attive

- Dimensione pixel e target di risoluzione

- Cerchio dell'immagine dell'obiettivo

- Qualità dell'immagine al centro e sui bordi

- Montaggio meccanico e spazio disponibile nel pacchetto

- Se l'immagine finale verrà ritagliata o corretta digitalmente

Questi dettagli dovrebbero essere risolti prima che la progettazione dell'attrezzatura o dell'alloggiamento diventi difficile da modificare.

3. Comprendere la distorsione e l'usabilità delle immagini

Le dash cam utilizzano comunemente un'ottica grandangolare, quindi una certa distorsione potrebbe essere un compromesso accettato per la copertura. La questione importante è se la distorsione interferisce con l’uso previsto.

Per la registrazione generale, un orizzonte curvo può essere accettabile. Per i sistemi che analizzano la posizione della corsia, stimano la distanza o supportano le funzioni di assistenza alla guida, il comportamento geometrico potrebbe richiedere una valutazione più attenta. Il software può correggere alcune distorsioni, ma la correzione può ritagliare l'immagine e ricampionare i pixel.

L'obiettivo dovrebbe quindi essere valutato con l'effettiva pipeline di elaborazione delle immagini. Rivedi non solo un'immagine fissa ma anche un video con la frequenza fotogrammi, le impostazioni di esposizione e l'angolo di montaggio previsti. Se le regioni dei bordi sono importanti, ispezionale esplicitamente anziché giudicare solo il centro dell'inquadratura.

4. Le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione sono più dell'apertura

Un'apertura maggiore può fornire più luce al sensore, il che può aiutare in condizioni di scarsa illuminazione. Ma le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione dipendono anche dalla sensibilità del sensore, dal tempo di esposizione, dall'elaborazione delle immagini, dalla messa a fuoco e dalla presenza di riflessi o bagliori.

Un'esposizione più lunga può illuminare una scena notturna ma può aumentare l'effetto mosso quando veicoli o oggetti si muovono. La riduzione aggressiva del rumore può attenuare i dettagli più fini. Una grande apertura è quindi utile solo quando il resto del sistema di imaging può trarre vantaggio dalla luce aggiuntiva.

Per i test di sviluppo, acquisisci scene con diversi livelli di illuminazione: luce diurna, crepuscolo, illuminazione stradale, strade scarsamente illuminate e transizioni tra ambienti luminosi e scuri. Esamina il filmato per verificare i dettagli leggibili, non semplicemente la luminosità complessiva.

5. Scene HDR e ad alto contrasto

La telecamera di un veicolo spesso inquadra una scena con cielo luminoso, superfici stradali scure, aree in ombra e segnali riflettenti nella stessa inquadratura. L’elaborazione HDR (High Dynamic Range) può aiutare a preservare le informazioni nonostante queste differenze, ma l’obiettivo ha ancora un ruolo.

Riflessi interni, bagliori, immagini fantasma e luce diffusa possono ridurre il contrasto attorno a forti fonti di luce. Un obiettivo che ha un bell'aspetto con un'illuminazione interna uniforme potrebbe comportarsi diversamente quando la fotocamera è rivolta verso il sole basso o i fari in arrivo.

Le impostazioni della lente, del vetro di copertura, del sensore e dell'elaborazione delle immagini devono essere valutate insieme. Richiedi condizioni di test che includano sorgenti puntiformi e scene ad alto contrasto. Se la telecamera è montata dietro un parabrezza, eseguire il test attraverso il vetro previsto e con l'angolazione effettiva, poiché potrebbero verificarsi ulteriori riflessi tra le superfici ottiche.

6. Il parabrezza fa parte del sistema ottico

Il parabrezza non è semplicemente una finestra invisibile. La curvatura, i rivestimenti, la tinta, i riflessi e l'angolo possono influenzare l'immagine. Una telecamera posizionata troppo vicino al vetro potrebbe anche catturare i riflessi provenienti dal cruscotto o dall'interno.

Per questo motivo, l'installazione finale dovrebbe far parte del piano di validazione. Confermare la posizione della fotocamera, la distanza tra l'obiettivo e il vetro, l'angolazione e l'eventuale copertura protettiva. Effettuare il test alla luce del giorno e alla notte e ispezionare l'immagine per rilevare doppi riflessi, bagliori o cambiamenti di colore inaspettati.

Se il prodotto è destinato a più modelli di veicoli, non dare per scontato che un'installazione rappresenti ogni geometria del parabrezza. I requisiti di integrazione meccanica e ottica dovrebbero essere documentati.

7. Temperatura, vibrazione e stabilità della messa a fuoco

L'elettronica automobilistica può subire notevoli variazioni di temperatura. A seconda del design ottico e meccanico, la temperatura può influenzare la messa a fuoco, l'allineamento e la posizione relativa dei componenti. Le vibrazioni possono anche evidenziare punti deboli nel montaggio o nell'assemblaggio.

La convalida appropriata dipende dalla categoria del prodotto e dall'ambiente previsto. Stabilire l'intervallo di temperature operative, le condizioni di stoccaggio, i requisiti di vibrazione e qualsiasi piano di qualificazione automobilistica pertinente prima di finalizzare il progetto. Non trattare un obiettivo per uso generale come qualificato per il settore automobilistico a meno che non siano disponibili le prove richieste.

La stabilità della messa a fuoco dovrebbe essere valutata nelle condizioni previste, non solo immediatamente dopo l'assemblaggio. Un obiettivo compatto deve rimanere adatto alle condizioni di lavoro previste per tutta la vita del prodotto.

8. Lista di controllo dell'acquirente prima di richiedere un preventivo

Per aiutare un fornitore di lenti a valutare il progetto, preparare le seguenti informazioni:

1.Modello, formato, risoluzione e dimensione dei pixel del sensore

2.FOV orizzontale e diagonale richiesti

3. Distanza di lavoro target e angolo di montaggio della telecamera

4. Diametro dell'obiettivo, lunghezza e interfaccia di montaggio disponibili

5.Requisiti giorno/notte e HDR

6.Ambiente con temperatura e vibrazioni previste

7.Dettagli del parabrezza o del finestrino protettivo

8. Criteri di qualità dell'immagine, comprese le prestazioni dei bordi e la distorsione

9.Volume previsto, quantità di campione e programma di convalida

Una specifica chiara riduce gli avanti e indietro e rende più facile confrontare le soluzioni proposte sulla stessa base.

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Una buona richiesta di preventivo dovrebbe descrivere il sistema di fotocamera, non semplicemente chiedere un obiettivo con una lunghezza focale particolare. La lunghezza focale è un punto di partenza; il sensore, il campo visivo, la confezione, i target della qualità dell'immagine e le condizioni di convalida determinano se l'obiettivo è adatto.

Conclusione: scegli il filmato di cui ti devi fidare

L'obiettivo di una dash cam deve bilanciare copertura, dettagli, comportamento in condizioni di scarsa illuminazione, distorsione, bagliore e stabilità ambientale. Nessuna singola specifica può descrivere da sola tale equilibrio.

Definisci ciò che la telecamera deve catturare, testalo attraverso il parabrezza e l'alloggiamento previsti e valuta l'intera catena di imaging in condizioni di guida reali. Questo approccio offre agli ingegneri una base più affidabile per la scelta degli obiettivi e aiuta gli acquirenti a evitare di scegliere un obiettivo che sembra buono sulla carta ma che fatica su strada.