Perché la compatibilità del sistema è più importante delle singole specifiche
Un progetto fotografico può sembrare perfetto sulla carta.
Il sensore ha la risoluzione richiesta. L'obiettivo ha la lunghezza focale specificata. La filettatura di montaggio è adatta. Il bilancio è approvato.
Eppure il primo campione produce immagini deludenti.
Gli angoli sono sfocati. L'immagine è più scura del previsto. La messa a fuoco cambia quando la temperatura della fotocamera aumenta. Oppure l'obiettivo cattura un'area diversa della scena rispetto a quanto previsto dal team di ingegneri.
Questi problemi non significano necessariamente che l'obiettivo sia difettoso. A volte, il problema è che la lente è stata selezionata come componente singolo anziché valutata come parte di un sistema di imaging completo.
Per i produttori di fotocamere e gli sviluppatori di prodotti, questa distinzione è importante. Una buona specifica dell'obiettivo non è la stessa cosa di un sistema fotografico ben abbinato.
1. Perché eguagliare la classificazione in megapixel non è sufficiente
Un approccio comune alla selezione dell'obiettivo è quello di abbinare la classificazione in megapixel pubblicizzata dell'obiettivo al sensore della fotocamera.
È un filtro iniziale utile, ma non garantisce la qualità dell'immagine prevista.
Il risultato effettivo dipende da diversi fattori, tra cui la dimensione dei pixel, la risoluzione ottica, il contrasto, la posizione del campo immagine, le caratteristiche del sensore e l'elaborazione dell'immagine.
Considera una fotocamera che utilizza un sensore ad alta risoluzione. Il centro dell'immagine può apparire nitido, mentre i dettagli fini vicino agli angoli appaiono più sfumati. Un'etichetta da un solo megapixel non può descrivere completamente questa differenza.
Questo è il motivo per cui gli ingegneri spesso valutano la funzione di trasferimento della modulazione (MTF), che descrive quanto bene un sistema di imaging riproduce il contrasto a diverse frequenze spaziali.
La questione pratica non è semplicemente se un obiettivo supporta un particolare numero di megapixel. Ciò che conta per l'applicazione è se l'obiettivo è in grado di fornire i dettagli richiesti nell'area dell'immagine.
Per una telecamera di sicurezza, le prestazioni degli angoli possono influire sulla capacità di riconoscere i dettagli in una scena ampia. Per una telecamera di ispezione, la qualità dell'immagine in una regione di misurazione specifica può essere più importante.
I corretti criteri di valutazione dipendono da cosa deve effettivamente fare la telecamera.
2. Il campo visivo dipende più della lunghezza focale
Un obiettivo da 2,8 mm è spesso associato all'imaging grandangolare, mentre una lunghezza focale maggiore generalmente cattura un campo visivo più ristretto in condizioni comparabili.
Tuttavia, la sola lunghezza focale non determina il campo visivo finale.
Anche le dimensioni del sensore contano. Lo stesso vale per la disposizione fisica della telecamera rispetto al bersaglio.
Immagina due moduli fotocamera che utilizzano obiettivi con la stessa lunghezza focale. Se i loro sensori hanno dimensioni attive diverse, non cattureranno necessariamente la stessa area della scena orizzontale o verticale.
La distanza di lavoro introduce un’altra considerazione pratica. Un obiettivo che copre l'area desiderata a una certa distanza potrebbe catturare troppo o troppo poco quando la telecamera è installata altrove.
Prima di finalizzare un obiettivo, conferma tre cose:
Le dimensioni dell'immagine attiva del sensore
Il campo visivo orizzontale e verticale richiesto
La distanza di lavoro tra la fotocamera e il target
Se possibile, fornire uno schizzo dell'installazione prevista o una fotografia che mostri la posizione della telecamera.
Questi dettagli aiutano il team ottico a valutare se la lunghezza focale proposta è appropriata invece di fare affidamento solo su una specifica nominale.
3. L'adattamento meccanico può influire sulle prestazioni ottiche
Un obiettivo potrebbe avere la filettatura corretta e tuttavia non essere adatto a un particolare modulo fotocamera.
La compatibilità meccanica implica qualcosa di più del fatto che le parti possano essere avvitate insieme.
Lo spazio disponibile, la distanza tra obiettivo e sensore, le tolleranze di montaggio, il design dell'alloggiamento e il metodo di regolazione della messa a fuoco possono tutti influenzare l'assemblaggio finale.
Ad esempio, un prodotto compatto può imporre un limite rigoroso alla lunghezza totale della traccia (TTL). Un obiettivo che soddisfa i requisiti ottici ma eccede lo spazio disponibile non è una soluzione pratica.
Allo stesso modo, una modifica all'alloggiamento o alla struttura di montaggio può alterare la posizione dell'obiettivo rispetto al sensore.
Per un progetto personalizzato, vale la pena condividere il disegno meccanico prima che venga finalizzato il progetto ottico.
I dettagli importanti includono il tipo di innesto, le dimensioni massime dell'obiettivo, la posizione del sensore, l'intervallo di regolazione disponibile ed eventuali restrizioni imposte dalla custodia.
Ciò è particolarmente rilevante per le telecamere di sicurezza compatte, i moduli di imaging automobilistico, i dispositivi di visione integrati e i sistemi di endoscopi medici.
Quanto prima si considerano insieme i requisiti ottici e meccanici, tanto minore è il rischio di scoprire un problema di integrazione dopo la produzione dei campioni.
4. Le condizioni di illuminazione possono cambiare la scelta dell'obiettivo giusto
Un obiettivo destinato a un ambiente interno ben illuminato potrebbe non essere la scelta migliore per una fotocamera che funziona all'aperto di notte.
Le condizioni di illuminazione influenzano i requisiti ottici, ma la soluzione non è sempre quella di scegliere l'obiettivo con l'apertura maggiore.
Un'apertura più ampia può consentire a più luce di raggiungere il sensore, il che è utile in applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione. Tuttavia, la qualità dell'immagine dipende anche da fattori quali la profondità di campo, il controllo dell'aberrazione, la sensibilità del sensore, le impostazioni di esposizione e la distanza di lavoro prevista.
L'imaging a infrarossi introduce ulteriori considerazioni.
Ad esempio, una fotocamera che utilizza un'illuminazione a infrarossi da 850 nm o 940 nm potrebbe richiedere una configurazione di obiettivo e filtro adeguata per tale intervallo di lunghezze d'onda. Non si dovrebbe presumere automaticamente che un sistema progettato principalmente per la luce visibile fornisca prestazioni equivalenti in condizioni del vicino infrarosso.
Per le telecamere di sicurezza diurne e notturne, l'obiettivo, la disposizione dei filtri, il sensore e la strategia di illuminazione devono essere valutati insieme.
L'obiettivo non è massimizzare una specifica isolatamente. Si tratta di ottenere l'immagine richiesta nelle condizioni operative effettive.
5. La stabilità della temperatura è un requisito a livello di sistema
La temperatura può influenzare sia i componenti ottici che quelli meccanici.
I cambiamenti nelle dimensioni del materiale e nelle proprietà di rifrazione possono spostare la posizione focale o alterare la qualità dell'immagine man mano che l'ambiente cambia. L'entità di questi effetti dipende dal design ottico, dai materiali, dalla costruzione meccanica e dall'intervallo di temperature operative.
Una lente che funziona bene durante un breve test di laboratorio a temperatura ambiente potrebbe quindi richiedere un'ulteriore valutazione prima di essere utilizzata in un prodotto per esterni o automobilistico.
Per progetti con requisiti ambientali impegnativi, specificare in anticipo l'intervallo di temperatura operativa previsto.
Il team di ingegneri può quindi determinare se è necessario prendere in considerazione spostamenti del focus legati alla temperatura, selezione dei materiali, compensazione meccanica o ulteriore convalida.
È importante non dare per scontato che ogni lente necessiti di un design atermico. La soluzione appropriata dipende dall'applicazione, dalla variazione di prestazioni accettabile e dai requisiti generali del sistema.
6. Quando dovresti scegliere una lente personalizzata?
Non tutti i progetti di fotocamere necessitano di un nuovo design ottico.
Un obiettivo standard può rappresentare la scelta più economica e pratica quando soddisfa già i requisiti del sensore, del campo visivo, della meccanica e dell'ambiente.
Vale la pena prendere in considerazione lo sviluppo personalizzato quando i prodotti esistenti non possono soddisfare uno o più vincoli importanti.
I motivi tipici includono:
Un diametro della lente o una lunghezza totale della traccia non standard
Un campo visivo specifico all'interno di un involucro meccanico ristretto
Requisiti speciali di lunghezza d'onda o di filtraggio
Requisiti esigenti di qualità dell'immagine in tutto il campo dell'immagine
Condizioni ambientali specifiche dell'applicazione
Requisiti di integrazione che gli obiettivi standard non possono soddisfare
C’è anche una considerazione commerciale.
Un progetto personalizzato può comportare ulteriore lavoro di ingegneria, attrezzatura, test e qualifica. La sua idoneità dipende quindi dal volume di produzione previsto, dal costo target, dal programma di sviluppo e dall'importanza di soddisfare i requisiti specifici.
Il miglior punto di partenza è definire il risultato richiesto e confrontare le opzioni fattibili, senza dare per scontato che la personalizzazione sia sempre migliore dello standard.
7. Valutare l'obiettivo come parte del sistema di imaging completo
Prima di approvare un obiettivo per la produzione di massa, considera le sue prestazioni nella configurazione della fotocamera prevista.
Un utile processo di valutazione include:
Innanzitutto, conferma la compatibilità.
Controllare il sensore, il campo visivo, il supporto, le dimensioni meccaniche e i requisiti spettrali.
In secondo luogo, testare campioni rappresentativi.
Valutare le immagini alla distanza di lavoro, all'apertura, all'illuminazione e alle posizioni di campo pertinenti previste.
In terzo luogo, verificare gli importanti criteri di prestazione.
Questi potrebbero includere dettagli dell'immagine, distorsione, luminosità degli angoli, stabilità della messa a fuoco o altri requisiti specifici dell'applicazione.
Infine, stabilire i criteri di accettazione della produzione.
Una volta approvato il campione, documentare le specifiche pertinenti e le condizioni di prova in modo che i futuri lotti di produzione possano essere valutati in modo coerente.
Il processo esatto varierà in base all'applicazione. Un obiettivo di sorveglianza compatto e un obiettivo specializzato per l'imaging medico non richiedono necessariamente la stessa procedura di qualificazione.
Ciò che conta è che i criteri di accettazione riflettano il modo in cui verrà effettivamente utilizzata la fotocamera.
La costruzione di una fotocamera migliore inizia con una migliore integrazione ottica
Presso Boshi Optics, parte di Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., ci occupiamo di progettazione, sviluppo e produzione di lenti ottiche per applicazioni quali sicurezza, imaging automobilistico, droni, endoscopi medici e altri sistemi di imaging.
Per progetti con requisiti specifici, le discussioni più produttive iniziano con l'applicazione completa: sensore, campo visivo target, distanza di lavoro, spazio meccanico disponibile, condizioni di illuminazione, ambiente operativo e volume di produzione previsto.
Questi dettagli aiutano a determinare se una lente esistente è adatta o se una soluzione personalizzata merita un'ulteriore valutazione.
Se stai sviluppando una nuova fotocamera o riscontri problemi di qualità dell'immagine con un modulo esistente, condividi i dettagli della tua applicazione con Boshi Optics.
Il nostro team può esaminare i requisiti disponibili e discutere potenziali opzioni di lenti, possibilità di personalizzazione e i passaggi successivi verso la valutazione del campione.
Un progetto di obiettivo di successo non inizia con la scheda tecnica più lunga. Si inizia con la comprensione di ciò che la fotocamera deve ottenere.
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