Lentes de foco fixo versus lentes varifocais: o que é melhor para sua câmera

Um projeto de câmera pode ter o sensor, o processador e a caixa certos e ainda assim entregar a visão errada da cena. Uma decisão inicial que influencia fortemente o resultado é usar uma lente de foco fixo ou uma lente varifocal. Os termos às vezes são usados ​​de forma vaga, por isso vale a pena separar duas ideias: o ajuste do foco altera a distância em que a imagem fica nítida, enquanto o ajuste da distância focal altera o campo de visão. Uma lente pode ser focada durante a instalação sem ser varifocal. Uma verdadeira lente varifocal permite que sua distância focal e, portanto, seu enquadramento, sejam ajustados em uma faixa definida.

Nenhum dos designs é automaticamente melhor. UMlente de distância focal fixageralmente é prático quando a posição da câmera e a cobertura necessária são conhecidas. Uma lente varifocal pode ser útil quando as condições de instalação variam ou o ângulo de visão final não pode ser estabelecido antecipadamente. A escolha certa depende da aplicação, do volume de produção, do envelope mecânico e de quanto ajuste o usuário realmente precisa.

1. O ajuste de foco não é o mesmo que zoom

Uma lente de distância focal fixa possui uma distância focal projetada. Seu campo de visão é determinado pela distância focal e pelas dimensões do sensor ativo. Durante a instalação, a lente ainda pode precisar de foco para que o plano alvo fique nítido. Em câmeras compactas, isso pode envolver girar a lente em seu suporte e, em seguida, fixá-la.

Uma lente varifocal possui uma variedade de distâncias focais, como uma configuração mais curta para uma visão mais ampla e uma configuração mais longa para uma visão mais estreita. Alterar a distância focal altera a ampliação e o enquadramento da imagem. O instalador poderá então precisar refocar, dependendo do design óptico. UMlente varifocaltambém não deve ser confundido com uma lente zoom motorizada: o ajuste varifocal pode ser manual, enquanto o zoom motorizado adiciona atuadores e componentes eletrônicos de controle. Esta distinção é importante ao escrever uma especificação porque “foco ajustável” e “campo de visão ajustável” descrevem funções diferentes.

2. Quando uma lente de distância focal fixa faz sentido

Os designs de distância focal fixa são atraentes quando a posição de montagem da câmera, a distância do alvo e a cobertura necessária são estáveis. O design óptico pode ser otimizado em torno de uma distância focal e um formato de sensor, em vez de um alcance. Isso pode facilitar o controle de tamanho, custo, distorção e qualidade de imagem para uma aplicação definida.

Isso é relevante para câmeras incorporadas de alto volume. Uma câmera de campainha, câmera IP compacta, câmera de painel ou módulo de inspeção dedicado pode ter uma posição mecânica fixa e um cenário bem definido. Uma vez validado o campo de visão, uma distância focal ajustável pode adicionar complexidade sem melhorar o produto. Projetos fixos também podem simplificar a montagem e reduzir o número de ajustes que devem ser feitos de forma consistente na linha de produção.

A limitação é a flexibilidade. Se a câmera for posteriormente instalada mais longe do alvo ou se o cliente alterar a cobertura necessária, uma lente fixa poderá não fornecer o enquadramento desejado. O projeto pode precisar de uma distância focal diferente ou de uma posição de montagem redesenhada. Portanto, é importante confirmar a geometria de instalação antes de fixar a especificação da lente.

3. Onde as lentes varifocais são úteis

As lentes varifocais são valiosas quando a geometria da instalação é incerta ou difere de local para local. Um integrador de segurança pode precisar enquadrar uma porta, um cais de carga ou uma área perimetral após a montagem da câmera. Uma distância focal variável pode ajudar o instalador a trocar a cobertura pelos detalhes sem realocar fisicamente a câmera.

Eles também podem ser úteis durante implantações piloto. Um cliente pode saber a cena aproximada, mas não a distância final entre a câmera e o assunto. Uma lente ajustável permite que a equipe avalie diferentes pontos de vista antes de congelar a especificação. No entanto, a faixa de ajuste deve ser apropriada. Uma ampla faixa impressa em uma folha de dados não garante que a lente forneça resolução, distorção ou desempenho de borda aceitáveis ​​em todas as configurações.

Para projetos que usam óptica varifocal, solicite evidências de qualidade de imagem nas extremidades ampla, média e telefoto do intervalo. Verifique se o foco deve ser reajustado após alterações na distância focal, como a configuração é bloqueada e se o ajuste pode ser realizado após a câmera ser instalada em seu alojamento.

4. Compare o sistema de imagem completo

O formato do sensor é um ponto de partida porque afeta a área da imagem utilizada pela lente. Para uma determinada distância focal, um sensor ativo maior geralmente captura um campo de visão mais amplo do que um sensor menor. Os campos de visão horizontal e vertical devem ser calculados usando as dimensões reais da imagem ativa, e não apenas o formato nominal do sensor.

Em seguida, defina a cena. Registre a altura de montagem da câmera, a distância do alvo, a cobertura horizontal necessária e o menor objeto ou recurso que deve ser reconhecido. Uma visão ampla pode incluir toda a cena, mas deixar um alvo pequeno demais para identificação. Uma visualização mais estreita pode melhorar a densidade de pixels no alvo, mas perder atividade perto das bordas. Esta é uma troca de aplicação, não uma simples questão de qual lente tem o maior ângulo.

Para um sistema varifocal, verifique a qualidade da imagem em diversas configurações de distância focal. Para uma lente fixa, avalie a distância real de instalação e a região alvo. Em ambos os casos, avalie a nitidez do centro e das bordas, a distorção, a iluminação relativa, a aberração cromática e o desempenho sob a iluminação pretendida. Se a câmera incluir uma janela de cobertura, teste com essa janela instalada.

5. Considerações ópticas e mecânicas

Uma montagem varifocal geralmente contém mais elementos móveis ou ajustáveis ​​do que uma simples lente de placa de comprimento focal fixo. O projeto mecânico deve manter o alinhamento enquanto o usuário altera a configuração. O mecanismo de ajuste deve resistir a movimentos não intencionais após a instalação e a caixa deve fornecer acesso suficiente ao instalador sem comprometer a vedação ou a proteção.

Uma lente fixa não está automaticamente isenta de riscos mecânicos. A posição do foco, o engate da rosca, o método adesivo ou de travamento, as dimensões do cilindro e as tolerâncias de montagem afetam a câmera final. Se a lente for ajustada durante a produção, o processo necessita de um alvo de foco repetível e de um procedimento de travamento definido. Se for ajustado em campo, o instalador precisa de instruções claras e de uma forma de verificar o resultado.

As condições ambientais também são importantes. Vibração, variações de temperatura, poeira e umidade podem afetar a montagem da câmera. Para aplicações externas ou em veículos, avalie o módulo completo e seu método de retenção sob as condições reais de qualificação. Não presuma que uma lente é ambientalmente qualificada simplesmente porque cabe na caixa da câmera.

6. Custo, produção e facilidade de manutenção

Para uma câmera produzida em massa, compare o custo total do sistema em vez do preço unitário da lente apenas. Um design varifocal pode reduzir as visitas de instalação ou evitar estocar diversas distâncias focais fixas. Por outro lado, pode aumentar o custo da montagem óptica, alojamento, processo de ajuste e controle de qualidade. Também pode exigir mais treinamento do instalador.

Uma lente fixa pode ser eficiente quando o produto é padronizado e a câmera é montada em grandes quantidades. O fabricante pode estabelecer uma configuração óptica e mecânica repetível e verificá-la com testes definidos. Isto é especialmente útil quando o usuário final não precisa alterar o enquadramento após a instalação.

A estratégia de serviço deve ser incluída na decisão. Se as câmeras forem frequentemente reposicionadas ou reutilizadas em locais diferentes, a flexibilidade de ajuste poderá ter um valor real. Se uma câmera for selada em um produto e nunca mais for tocada, a faixa de ajuste adicional poderá não justificar seu custo. Os compradores devem considerar a mão de obra de instalação, o estoque de reposição, as chamadas de serviço e o rendimento da produção juntamente com o preço cotado da lente.

7. Uma lista de verificação prática de seleção

Antes de solicitar um orçamento, prepare o modelo do sensor e as dimensões da imagem ativa, o campo de visão horizontal e vertical necessário, a distância do alvo, a geometria da câmera ao objeto, o tamanho mínimo do objeto, o envelope da lente disponível e a interface de montagem. Indique se a distância focal deve ser ajustável após a instalação ou se o ajuste do foco durante a montagem é suficiente.

Para uma proposta varifocal, especifique a faixa de distância focal necessária e solicite valores de campo de visão em configurações representativas. Solicite evidências de qualidade de imagem em toda a faixa, em vez de depender de uma imagem de amostra. Para uma lente fixa, forneça a cobertura e a distância exatas do alvo para que o fornecedor possa recomendar uma distância focal adequada. Em ambos os casos, defina a temperatura operacional, a exposição à vibração, a faixa de iluminação e os critérios de aceitação.

Uma avaliação útil utiliza o sensor final, a caixa, a janela de proteção e as configurações de processamento de imagem. Uma lente que pareça adequada em uma bancada óptica pode se comportar de maneira diferente após a integração, principalmente se a câmera incluir uma janela de cobertura ou um pacote mecânico fortemente restrito.

Trabalhando com Óptica Boshi

Óptica Boshifornece produtos de lentes de câmera para aplicações de segurança, automotivas, drones e imagens incorporadas, e oferece suporte a discussões ópticas personalizadas quando uma configuração padrão não atende aos requisitos do sistema. Para um projeto que compara opções fixas e ajustáveis, as informações iniciais mais úteis são o sensor, o campo de visão, a distância do alvo, as dimensões da embalagem disponível e o volume de produção esperado.

Explore a [linha de produtos de lentes de câmera Boshi Optics](https://www.lensmanufacture.com/products/lens.html) e [produtos ópticos personalizados](https://www.lensmanufacture.com/customized-products). Estas páginas fornecem um ponto de partida para discutir uma configuração adequada; a seleção final deve ser baseada nos requisitos ópticos e mecânicos reais da câmera.

Conclusão: escolha o ajuste que você realmente usará

Uma lente de distância focal fixa e uma lente varifocal resolvem problemas diferentes. A distância focal fixa costuma ser a escolha mais forte para um design de câmera repetível com geometria conhecida e produção de alto volume. O ajuste varifocal é útil quando o enquadramento precisa ser ajustado no local ou quando as condições de implantação variam. A melhor decisão é tomada definindo primeiro a imagem necessária e depois verificando o desempenho óptico, a mecânica, o fluxo de trabalho de instalação e o custo total do sistema.

Se a distância focal não precisar ser alterada após a instalação, um design fixo poderá ser mais simples e econômico. Se a incerteza do enquadramento for um risco genuíno do projeto, uma lente varifocal pode economizar tempo e melhorar a flexibilidade de implantação. Em ambos os casos, valide a câmera completa em vez de escolher apenas uma etiqueta de distância focal.