راهنمای کوتاه و کاربردی فاصله کانونی در دوربین های مداربسته
3mm, 6mm, 2.8-12mm, 5-50mm
حتما شما هم به عنوان یک فعال در زمینه دوربین های مداربسته این اعداد را شنیده اید. در مشخصات فنی دوربین های مداربسته یکی از بخش های مهم فاصله کانونی لنز می باشد. اعدادی که با استفاده از آنها می توان زاویه دید و وسعت دید را مشخص نمود. در این راهنما موارد زیر بررسی می شود:
- کدامیک از پارامترهای کلیدی دوربین های مداربسته متاثر از فاصله کانونی می باشند.
- رابطه میان فاصله کانونی و اندازه سنسور دوربین مداربسته چیست.
- عمومی ترین فاصله های کانونی مورد استفاده در لنز دوربین های مداربسته.
- محدودیت هایی که فاصله کانونی زیاد ایجاد می کند.
- تفاوت هایی که میان نتیجه واقعی استفاده از یک لنز با نتیجه تئوری آن می باشد به چه علت است.
- کدام لنز با کدام فاصله کانونی برای ما مناسب تر است.
رابطه میان فاصله کانونی با وسعت دید FoV و زاویه دید AoV
فاصله کانونی یا Focal Lengthعبارت است از فاصله مابین لنز و سنسور دریافت تصاویر در دوربین مدار بسته . اصلی ترین متغیر تاثیرگذار بر روی FoV و AoV در یک دوربین مدار بسته فاصله کانونی می باشد. در واقع فاصله کانونی و اندازه سنسور در یک دوربین مداربسته اندازه زاویه دید و وسعت دید را مشخص می کنند.
فاصله کانونی یا Focal Length عبارت است از، فاصله میان لنز و سنسور. این مقدار در سیستم های مداربسته و حفاظتی بسیار مهم است چرا که مقدار پوشش تصویری FoV و زاویه دید AoV را تعیین می کند.
تاثیر فاصله کانونی بر FoV و AoV
رابطه فاصله کانونی با وسعت دید و زاویه دید معکوس می باشد. با افزایش فاصله کانونی میزان وسعت دید و زاویه دید کاهش می یابد. یعنی هرچقدر که فاصله کانونی را بیشتر کنیم زاویه دید دوربین مداربسته را تنگتر می کنیم. و در مقابل با کاهش آن زاویه دید و وسعت دید افزایش می یابد. با کاهش فاصله کانونی زاویه دید بیشتری خواهیم داشت. و وسعت تصویر گسترده تری را مشاهده خواهیم کرد.
رابطه فاصله کانونی و اندازه سنسور
همانطور که ذکر شد اصلی ترین عامل بر روی وسعت دید و زاویه دید فاصله کانونی است. در کنار فاصله کانونی اندازه سنسور نیز عامل تاثیرگذار دیگر می باشد. برعکس فاصله کانونی رابطه اندازه سنسور با وسعت و زاویه دید خطی در نظر گرفته می شود. هرچقدر که اندازه سنسور بزگتر باشد وسعت دید و زاویه دید بیشتری خواهیم داشت. و در مقابل با کاهش اندازه سنسور زاویه و وسعت دید کاهش می یابد.
در جدول زیر زاویه های دید تقریبی برای لنزهای با فاصله کانونی مختلف بر روی یک سنسور 1/3” مشاهده می شود.
عمومی ترین انواع فاصله کانونی
چهار نوع لنز زیر را می توان پر استفاده ترین انواع فاصله کانونی در دوربین های مداربسته دانست:
- فیش آی – این نوع از لنز ها برای زاویه دیدهای بسیار زیاد استفاده می شوند. لنزهایی که فاصله کانونی در آنها کمتر از 2mm می باشد. هرچند در این لنزها زاویه دید بالایی را مشاهده خواهیم کرد، اما کیفیت پیکسلی تصاویر بشدت کاهش می یابد. در نظر داشته باشید که شما یک زاویه مثال 180 درجه را با کیفیت 4 مگاپیکسل ثبت می کنید. مطمئنا کیفیت تصاویر از ثبت یک زاویه 90 درجه با کیفیت 4 مگاپیکسل کمتر خواهد بود. معمولا مشتریان در زمان خرید با مقایسه یک دوربین مدار بسته فیش آی با یک دوربین معمولی با کیفیت مگاپیکسلی یکسان از دوربین فیش آی ناامید می شوند. چرا که کیفیت تصویری بسیار کمتری را مشاهده می کنند. در انتخاب دوربین های فیش آی اگر نیاز به کیفیت مناسب دارید بایستی، رزولوشن بسیار بالاتری را به نسبت دوربین های معمولی انتخاب کنید. همچنین در لنز های فیش آی گوشه های تصاویر به صورت منحنی دیده می شود. عموما بیشترین تصویر مورد استفاده در لنزهای فیش آی تصویر دایره ای می باشد. عموما برای رفع این مشکل و خطای دید ناشی از آن از نرم افزار استفاده می شود. بدین صورت که با استفاده از نرم افزار 4 تصویر مسطح ارائه می گردد.
- نرمال – دوربین مداربسته معمولا از لنزهای نرمال استفاده می کنند. لنزهایی که در آنها فاصله کانونی عددی است مابین 8mm – 10mm. لنزهای نرمال بر روی سنسورهای عمومی دوربین های مداربسته زاویه دیدی مابین 30 – 90 درجه را ارائه می دهند. اینگونه از لنزها بیشترین کاربرد را در دوربین های مداربسته دارند. تصاویر دریافتی از این لنزها برای بسیاری از ما آشنا به نظر می رسد. تصاویری مسطح و مشابه با آنچه که توسط چشم خود می بینیم.
- تله – لنزهای تله Telephoto که دارای فاصله کانونی 10mm – 80mm می باشند. این گونه لنزها به صورت عمومی در دوربین های مداربسته استفاده نمی شود. یعنی آنکه کمتر پیش می آید که دوربین مداربسته ای را پیدا کنید که لنز تله به صورت پیشفرض بر روی آن نصب شده باشد. اما این لنزها را می توان به صورت جداگانه تهیه نمود و بر روی دوربین های باکس نصب کرد.
- سوپر تله – لنزهای Super Telephoto که فاصله های کانونی بالای 100mm دارند. از این لنزها در کاربردهای خاص مخصوصا در دیدن فواصل خیلی دور، مثلا بالای 1 کیلومتر استفاده می شود.
نکاتی برای خرید دوربین مدار بسته:
در حال حاضر دوربین های مدار بسته در انواع مختلف و با کیفیت های متمایزی در ایران به فروش می رسد. برندهای معتبری مانند هایک ویژن ، تی وی تی، تیاندی و حارس از جمله مارک های معتبر فروشنده دوربین های مداربسته و دیگر تجهیزات نظارت تصویری در ایران هستند و شما می توانید با مراجعه به وبسایت شرکت هایک ویژن هر نوع دوربین مورد نیاز خود را سفارش دهید.
محدودیت های فاصله کانونی در لنزها
با افزایش طول فاصله کانونی سه محدودیت اصلی پدیدار می شود:
- از بین رفتن کیفیت تصویر. لنزهای با فاصله کانونی زیاد در کیفیت تصویری نهایی دچار کاهش کیفیت می شوند. این کاهش کیفیت در عمل با مقایسه تصاویر قابل درک نخواهد بود. چرا که با توجه به کاهش وسعت دید کیفیت تصویری به ظاهر بیشتر شده است. اما اگر کیفیت تصاویر دریافتی را با داده های تئوری مقایسه کنیم، متوجه می شویم که کیفیت تصاویر پایین تر از PPF مورد انتظار است.
- کاهش کیفیت تصویر در نور کم. همانطور که می دانید عملکرد سنسور دوربین مداربسته وابسته به میزان نور دریافتی می باشد. در زمانی که در فضای دارای نور کم فعالیت می کنیم، اهمیت جذب نور بیشتر دو چندان می شود. اما متاسفانه لنزهای دارای فاصله کانونی زیاد دارای عملکرد ضعیفتری به نسبت لنزهای دارای فاصله کانونی کم می باشند. به همین دلیل و با کاهش نور، عملا کیفیت تصاویر نیز کاهش می یابد.
- مشکل عمق تصویر. منظور از مشکل عمق تصویر، فوکوس نبودن بخشی از تصویر در تصاویر دریافتی می باشد. در دوربین های مداربسته به علت استفاده از لنزهای کوتاه و فاصله اجسام در بیش از 1.5 متری این مشکل کمتر دیده می شود. استفاده از لنزهای با فاصله کانونی زیاد می تواند منجر به بروز مشکل عمق تصویر در تصاویر دریافتی شود.
مشخصات اعلامی توسط تولیدکنندگان
تولیدکنندگان دوربین مداربسته معمولا در کنار اعلام فاصله کانونی در مشخصات دوربین مداربسته خود زاویه و وسعت دید را نیز بیان می کنند. در بسیاری از موارد به علت ساختار متفاوت طراحی دوربین مداربسته ممکن است که این اعداد با نتایج تئوری مطابقت نداشته باشند. در محاسبات تئوری نمی توان اینگونه طراحی ها را در نظر گرفت. به همین دلیل توصیه می شود که در زمینه انتخاب لنز بیش از هرچیز به داده های ارائه شده از سوی کارخانه تکیه شود.
انتخاب بهترین لنز
با کم کردن فاصله کانونی لنز، زاویه دید بیشتر شده و فضای بیشتری پوشش داده می شود. متاسفانه به همان نسبت نیز جزییات کمتری از اشیا داخل تصویر قابل تشخیص خواهند بود. فرض کنید که فضای 90 درجه را با 4 مگاپیکسل تصویر مشاهده کنید یا فضای 30 درجه را. به همین دلیل توصیه می شود که در زمان انتخاب لنز حتما به زاویه دید مورد نیاز خود توجه کنید. مثلا اگر می توانید پوشش مورد نظر را با زاویه دید 60 درجه بدست آورید، استفاده از لنز 90 درجه بی معنی می باشد. چرا که با اینکار تنها کیفیت تصویری خود را برای پوشش غیر قابل استفاده کاهش داده اید.
