Por que a compatibilidade do sistema é mais importante do que as especificações individuais

Um projeto de câmera pode parecer perfeito no papel.

O sensor tem a resolução necessária. A lente tem a distância focal especificada. A rosca de montagem se encaixa. O orçamento está aprovado.

No entanto, a primeira amostra produz imagens decepcionantes.

Os cantos estão embaçados. A imagem está mais escura do que o esperado. O foco muda quando a temperatura da câmera aumenta. Ou a lente captura uma área da cena diferente da prevista pela equipe de engenharia.

Esses problemas não significam necessariamente que a lente esteja com defeito. Às vezes, o problema é que a lente foi selecionada como um componente individual, em vez de avaliada como parte de um sistema de imagem completo.

Para fabricantes de câmeras e desenvolvedores de produtos, esta distinção é importante. Uma boa especificação de lente não é o mesmo que um sistema de câmera adequado.

1. Por que combinar a classificação de megapixels não é suficiente

Uma abordagem comum para a seleção de lentes é combinar a classificação de megapixels anunciada da lente com o sensor da câmera.

É um filtro inicial útil, mas não garante a qualidade de imagem esperada.

O resultado real depende de vários fatores, incluindo tamanho do pixel, resolução óptica, contraste, posição do campo de imagem, características do sensor e processamento de imagem.

Considere uma câmera usando um sensor de alta resolução. O centro da imagem pode parecer nítido, enquanto os detalhes próximos aos cantos parecem mais suaves. Um único rótulo de megapixel não pode descrever completamente essa diferença.

É por isso que os engenheiros frequentemente avaliam a função de transferência de modulação (MTF), que descreve quão bem um sistema de imagem reproduz o contraste em diferentes frequências espaciais.

A questão prática não é simplesmente se uma lente suporta uma contagem específica de megapixels. O que importa para a aplicação é se a lente pode fornecer os detalhes necessários em toda a área da imagem.

Para uma câmera de segurança, o desempenho nos cantos pode afetar a capacidade de reconhecer detalhes em uma cena ampla. Para uma câmera de inspeção, a qualidade da imagem em uma região de medição específica pode ser mais importante.

Os critérios de avaliação corretos dependem do que a câmera realmente deve fazer.

2. O campo de visão depende de mais do que a distância focal

Uma lente de 2,8 mm é frequentemente associada a imagens de grande angular, enquanto uma distância focal mais longa geralmente captura um campo de visão mais estreito em condições comparáveis.

No entanto, a distância focal por si só não determina o campo de visão final.

As dimensões do sensor também são importantes. O mesmo acontece com o arranjo físico da câmera em relação ao alvo.

Imagine dois módulos de câmera usando lentes com a mesma distância focal. Se seus sensores tiverem dimensões ativas diferentes, eles não capturarão necessariamente a mesma área de cena horizontal ou vertical.

A distância de trabalho introduz outra consideração prática. Uma lente que cubra a área desejada a uma distância pode capturar muito ou pouco quando a câmera estiver instalada em outro lugar.

Antes de finalizar uma lente, confirme três coisas:

As dimensões de imagem ativa do sensor

O campo de visão horizontal e vertical necessário

A distância de trabalho entre a câmera e o alvo

Se possível, forneça um esboço da instalação pretendida ou uma fotografia mostrando a posição da câmera.

Esses detalhes ajudam a equipe óptica a avaliar se a distância focal proposta é apropriada, em vez de depender apenas de uma especificação nominal.

3. O ajuste mecânico pode afetar o desempenho óptico

Uma lente pode ter a rosca correta e ainda assim ser inadequada para um módulo de câmera específico.

A compatibilidade mecânica envolve mais do que a possibilidade de as peças serem aparafusadas.

O espaço disponível, a distância da lente ao sensor, as tolerâncias de montagem, o design da caixa e o método de ajuste do foco podem afetar a montagem final.

Por exemplo, um produto compacto pode impor um limite estrito no comprimento total da via (TTL). Uma lente que atenda aos requisitos ópticos, mas exceda o espaço disponível, não é uma solução prática.

Da mesma forma, uma alteração num alojamento ou estrutura de montagem pode alterar a posição da lente em relação ao sensor.

Para um projeto personalizado, vale compartilhar o desenho mecânico antes da finalização do projeto óptico.

Detalhes importantes incluem o tipo de montagem, dimensões máximas da lente, posição do sensor, faixa de ajuste disponível e quaisquer restrições impostas pela caixa.

Isto é particularmente relevante para câmeras de segurança compactas, módulos de imagem automotiva, dispositivos de visão integrados e sistemas de endoscópios médicos.

Quanto mais cedo os requisitos ópticos e mecânicos forem considerados em conjunto, menor será o risco de descobrir um problema de integração após a fabricação das amostras.

4. As condições de iluminação podem alterar a escolha correta da lente

Uma lente projetada para um ambiente interno bem iluminado pode não ser a melhor escolha para uma câmera que opera em ambientes externos à noite.

As condições de iluminação influenciam os requisitos ópticos, mas nem sempre a solução é escolher a lente com maior abertura.

Uma abertura mais ampla pode permitir que mais luz chegue ao sensor, o que é útil em aplicações com pouca luz. No entanto, a qualidade da imagem também depende de fatores como profundidade de campo, controle de aberração, sensibilidade do sensor, configurações de exposição e distância de trabalho pretendida.

A imagem infravermelha introduz considerações adicionais.

Por exemplo, uma câmera que usa iluminação infravermelha de 850 nm ou 940 nm pode exigir uma configuração de lente e filtro apropriada para essa faixa de comprimento de onda. Não se deve presumir automaticamente que um sistema concebido principalmente para luz visível proporciona um desempenho equivalente em condições de infravermelho próximo.

Para câmeras de segurança diurnas e noturnas, a lente, o arranjo do filtro, o sensor e a estratégia de iluminação devem ser avaliados em conjunto.

O objetivo não é maximizar uma especificação isoladamente. É para obter a imagem necessária nas condições reais de operação.

5. A estabilidade da temperatura é um requisito de nível de sistema

A temperatura pode afetar componentes ópticos e mecânicos.

Mudanças nas dimensões do material e nas propriedades de refração podem mudar a posição focal ou alterar a qualidade da imagem à medida que o ambiente muda. A magnitude desses efeitos depende do design óptico, dos materiais, da construção mecânica e da faixa de temperatura operacional.

Uma lente que tenha um bom desempenho durante um breve teste de laboratório à temperatura ambiente pode, portanto, necessitar de avaliação adicional antes de ser usada em um produto automotivo ou externo.

Para projetos com requisitos ambientais exigentes, especifique antecipadamente a faixa de temperatura operacional esperada.

A equipe de engenharia pode então determinar se devem ser consideradas mudanças de foco relacionadas à temperatura, seleção de materiais, compensação mecânica ou validação adicional.

É importante não presumir que toda lente precisa de um design atérmico. A solução apropriada depende da aplicação, da variação aceitável de desempenho e dos requisitos gerais do sistema.

6. Quando você deve escolher uma lente personalizada?

Nem todo projeto de câmera precisa de um novo design óptico.

Uma lente padrão pode ser a escolha mais econômica e prática quando já atende aos requisitos de sensor, campo de visão, mecânicos e ambientais.

Vale a pena considerar o desenvolvimento personalizado quando os produtos existentes não conseguem atender a uma ou mais restrições importantes.

Os motivos típicos incluem:

Um diâmetro de lente ou comprimento total de trilha não padrão

Um campo de visão específico dentro de um envelope mecânico restrito

Comprimento de onda especial ou requisitos de filtragem

Requisitos exigentes de qualidade de imagem em todo o campo da imagem

Condições ambientais específicas da aplicação

Requisitos de integração que as lentes padrão não conseguem acomodar

Há também uma consideração comercial.

Um projeto personalizado pode envolver trabalho adicional de engenharia, ferramentas, testes e qualificação. Sua adequação depende, portanto, do volume de produção esperado, do custo-alvo, do cronograma de desenvolvimento e do valor do atendimento aos requisitos específicos.

O melhor ponto de partida é definir o resultado necessário e comparar opções viáveis ​​– sem presumir que o costume é sempre melhor que o padrão.

7. Avalie a lente como parte do sistema completo de imagem

Antes de aprovar uma lente para produção em massa, considere seu desempenho na configuração de câmera pretendida.

Um processo de avaliação útil inclui:

Primeiro, confirme a compatibilidade.

Verifique o sensor, o campo de visão, a montagem, as dimensões mecânicas e os requisitos espectrais.

Em segundo lugar, teste amostras representativas. 

Avalie imagens na distância de trabalho pretendida, abertura, iluminação e posições de campo relevantes.

Terceiro, verifique os critérios de desempenho importantes. 

Isso pode incluir detalhes da imagem, distorção, brilho dos cantos, estabilidade do foco ou outros requisitos específicos da aplicação.

Por fim, estabeleça critérios de aceitação da produção. 

Assim que a amostra for aprovada, documente as especificações relevantes e as condições de teste para que os lotes de produção futuros possam ser avaliados de forma consistente.

O processo exato varia de acordo com a aplicação. Uma lente de vigilância compacta e uma lente de imagem médica especializada não exigem necessariamente o mesmo procedimento de qualificação.

O que importa é que os critérios de aceitação reflitam como a câmera será realmente utilizada.

Construir uma câmera melhor começa com uma melhor integração óptica

Na Boshi Optics, parte da Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd., trabalhamos no design, desenvolvimento e fabricação de lentes ópticas para aplicações que incluem segurança, imagens automotivas, drones, endoscópios médicos e outros sistemas de imagem.

Para projetos com requisitos específicos, as discussões mais produtivas começam com a aplicação completa: sensor, campo de visão alvo, distância de trabalho, espaço mecânico disponível, condições de iluminação, ambiente operacional e volume de produção esperado.

Esses detalhes ajudam a determinar se uma lente existente é adequada ou se uma solução personalizada merece uma avaliação mais aprofundada.

Se você estiver desenvolvendo uma nova câmera ou enfrentando problemas de qualidade de imagem com um módulo existente, compartilhe os detalhes da sua aplicação com a Boshi Optics.

Nossa equipe pode revisar os requisitos disponíveis e discutir possíveis opções de lentes, possibilidades de personalização e as próximas etapas para avaliação de amostras.

Um projeto de lente bem-sucedido não começa com uma folha de especificações mais longa. Tudo começa com a compreensão do que a câmera precisa alcançar.

Explore nossas soluções ópticas customizadas ou entre em contato com a Boshi Optics através de nossosite oficialpara discutir seu projeto.