راهنمای انتخاب لنز مناسب برای دوربین مداربسته در پروژه های مختلف

در این مقاله راهنمای انتخاب لنز مناسب برای دوربین مداربسته در پروژه های مختلف را بر اساس مفاهیم اپتیکی، استاندارد IEC 62676، چگالی پیکسلی، فرمول های محاسبه فاصله کانونی و مثال های واقعی از پروژه های اداری، تجاری، صنعتی و پلاک خوان بررسی می کنیم.

مبانی اپتیکی لنز در دوربین مداربسته

برای انتخاب لنز مناسب، باید لنز را نه به عنوان یک عدد ساده مثلا 2.8 یا 12 میلی متر، بلکه به عنوان ترکیبی از فاصله کانونی، زاویه دید، دیافراگم، اعوجاج و سازگاری با سنسور ببینیم. علاوه بر این، هر لنز با سنسورهای مختلف رفتاری متفاوت دارد و بدون توجه به اندازه سنسور، عدد فاصله کانونی به تنهایی معنی ندارد.:contentReference[oaicite:0]{index=0}

به طور کلی، فاصله کانونی (Focal Length) فاصله بین مرکز اپتیکی لنز تا صفحه سنسور در فوکوس روی بی نهایت است و در CCTV با واحد میلی متر بیان می شود. هر چه فاصله کانونی کوتاه تر باشد، میدان دید (Field of View) گسترده تر و هر چه بلندتر باشد میدان دید تنگ تر و بزرگنمایی بیشتر است. رابطه بین فاصله کانونی، اندازه سنسور و میدان دید، اساس همه محاسبات طراحی لنز است.:contentReference[oaicite:1]{index=1}

از سوی دیگر، F-number یا نسبت کانونی (مثلا F1.4، F1.8، F2.8) میزان نوری را که لنز به سنسور می رساند تعیین می کند. لنز با F-number کوچک تر نور بیشتری عبور می دهد، در نور کم بهتر عمل می کند و عمق میدان کم تری دارد. در مقابل، F-number بزرگ تر نور کمتر، اما عمق میدان بیشتری ارائه می کند که برای برخی سناریوها مثل راهروهای بلند یا خطوط تولید صنعتی مطلوب است.

محاسبه فاصله کانونی و میدان دید در سیستم های CCTV

برای پاسخ دقیق به سوال راهنمای انتخاب لنز مناسب برای دوربین مداربسته در پروژه های مختلف باید توان محاسبه داشته باشیم، نه فقط تکیه بر حدس چشمی. فرمول کلاسیک استفاده شده در بسیاری از منابع این است:

FL = CCD × WD / FoV

در این فرمول، FL فاصله کانونی لنز، CCD بعد موثر سنسور (مثلا عرض سنسور بر حسب میلی متر)، WD فاصله از لنز تا سوژه و FoV عرض صحنه مورد نیاز است. با دانستن سه پارامتر، می توان چهارمی را محاسبه کرد و لنز مناسب را انتخاب یا میدان دید را پیش بینی نمود.:contentReference[oaicite:2]{index=2}

گام اول: تعیین اندازه سنسور و رزولوشن

ابتدا باید بدانید سنسور دوربین شما 1/3، 1/2.8، 1/2.7 یا 1/1.8 اینچ است و ابعاد موثر آن در محور افقی و عمودی چند میلی متر است. بسیاری از کاتالوگ ها ابعاد سنسور را به صورت تقریبی ارائه می کنند و برای محاسبه میدان دید، معمولا بعد افقی سنسور در فرمول استفاده می شود. علاوه بر این، رزولوشن (مثلا 2 مگاپیکسل، 5 مگاپیکسل، 8 مگاپیکسل) برای محاسبه چگالی پیکسلی لازم است.

به طور کلی، هر چه سنسور بزرگ تر باشد برای یک فاصله کانونی ثابت، میدان دید گسترده تری به دست می آید. بنابراین در پروژه های که نیاز به زاویه دید بسیار وسیع بدون استفاده از لنزهای فوق واید دارید، انتخاب سنسور بزرگ تر می تواند مفیدتر از افراط در کاهش فاصله کانونی باشد.:contentReference[oaicite:3]{index=3}

گام دوم: تعیین فاصله تا سوژه و عرض پوشش مورد نیاز

در این مرحله، برای هر صحنه باید فاصله تقریبی دوربین تا ناحیه هدف و عرض ناحیه ای که باید پوشش داده شود را روی نقشه معماری استخراج کنید. علاوه بر این، باید تصمیم بگیرید که در آن ناحیه چه سطح جزئیاتی لازم دارید؛ مثلا فقط تشخیص حضور افراد در پارکینگ، یا شناسایی چهره در لابی یا احراز هویت در گیت ورودی.

این عرض صحنه مطلوب همان FoV در فرمول است. اگر FoV را کوچک تر بگیرید، عدد فاصله کانونی بزرگ تر و تصویر بسته تر می شود و جزئیات بیشتری روی هدف خواهید داشت. در مقابل، اگر FoV را بزرگ کنید، لنز کوتاه تر و تصویر بازتر می شود اما چگالی پیکسلی روی هدف کاهش می یابد.

گام سوم: محاسبه فاصله کانونی یا میدان دید با ابزارهای تخصصی

هرچند می توان از فرمول ها به صورت دستی استفاده کرد، اما در پروژه های پیچیده بهتر است از ابزارهایی مانند Axis Site Designer یا نرم افزارهای JVSG برای شبیه سازی میدان دید، چگالی پیکسل و دیاگرام پوشش استفاده شود. این ابزارها بر اساس استاندارد IEC 62676 و مدل چگالی پیکسلی، لنز، سنسور و فاصله را همزمان بهینه می کنند.:contentReference[oaicite:4]{index=4}

علاوه بر این، این نرم افزارها می توانند به شما نشان دهند که با تغییر تنها چند میلی متر در فاصله کانونی یا جابجایی محل نصب، چه تغییری در چگالی پیکسلی روی چهره، پلاک یا شیء مورد نظر ایجاد خواهد شد. بنابراین طراحی از حالت حدسی خارج می شود و به طراحی مهندسی نزدیک می گردد.

چگالی پیکسلی، استاندارد IEC 62676 و مدل DORI

در سیستم های دیجیتال، صرف صحبت از «کیفیت Full HD» کافی نیست؛ معیار اصلی چگالی پیکسلی روی سوژه است. چگالی پیکسلی معمولا بر حسب پیکسل بر متر (PPM) یا پیکسل بر فوت (PPF) بیان می شود و استاندارد IEC 62676-4 سطوح مختلفی را برای اهدافی مانند تشخیص، مشاهده، شناسایی و احراز هویت تعریف کرده است.:contentReference[oaicite:5]{index=5}

به طور خلاصه، برای شناسایی چهره یا پلاک در شرایط معمول، مقادیر چند صد پیکسل بر متر روی سوژه توصیه می شود، در حالی که برای صرفا تشخیص حضور افراد، مقادیر به مراتب کمتر کافی است. بنابراین در راهنمای انتخاب لنز مناسب برای دوربین مداربسته در پروژه های مختلف باید چگالی پیکسلی هدف را تعیین و سپس لنز را طوری انتخاب کنیم که در فاصله و میدان دید مشخص، این مقدار روی سنسور تامین شود.

ترکیب رزولوشن و لنز برای رسیدن به PPM هدف

برای مثال، اگر دوربین 4 مگاپیکسل با رزولوشن افقی حدود 2688 پیکسل داشته باشیم و عرض صحنه در فاصله نصب 10 متر، حدود 8 متر باشد، چگالی پیکسلی تقریبا 336 پیکسل بر متر خواهد بود (2688 تقسیم بر 8). اگر نیاز شما 250 پیکسل بر متر برای شناسایی چهره باشد، این ترکیب مناسب است؛ اما اگر FoV را افزایش دهید، همان رزولوشن دیگر چگالی پیکسلی کافی فراهم نخواهد کرد.

از سوی دیگر، اگر سناریو صرفا تشخیص حرکت در انبار بزرگ باشد، می توانید FoV وسیع تری انتخاب کنید و با همان دوربین و لنز، PPM کمتر اما کافی برای تشخیص را بپذیرید. این رویکرد باعث می شود به جای صرف هزینه اضافی برای رزولوشن یا لنز های غیر ضروری، طراحی بر اساس KPI های واقعی انجام شود.:contentReference[oaicite:6]{index=6}

انتخاب لنز در سناریوهای مختلف پروژه

تا اینجا چارچوب نظری را دیدیم؛ اکنون می توانیم آن را روی پروژه های واقعی پیاده کنیم. در این بخش سناریوهای رایج پروژه ای را مرور می کنیم و برای هر کدام استراتژی انتخاب لنز را توضیح می دهیم.

ساختمان اداری: لابی، راهرو، آسانسور

در لابی اداری، معمولا نیاز به شناسایی چهره در ناحیه پذیرش و مشاهده کلی در بقیه فضا داریم. علاوه بر این، ارتفاع سقف و نور طبیعی از نمای شیشه ای روی انتخاب لنز و زاویه نصب تاثیر می گذارد. ترکیب متداول، استفاده از لنزهای وریفوکال 2.8 تا 12 میلی متر روی سنسور 1/2.8 اینچ است تا در زمان کمیسیونینگ بتوان FoV را روی محل دقیق ورود و خروج تنظیم کرد.

در راهروها، هدف اصلی ثبت عبور افراد و مسیر حرکت است، نه جزئیات ریز؛ بنابراین می توان از لنزهای وایدتر مثلا 2.8 یا 3.6 میلی متر استفاده کرد. در آسانسورها، به دلیل فضای محدود و فاصله بسیار کم تا سوژه، لنزهای فوق واید یا دوربین های فیش آی مخصوص آسانسور متداول هستند و باید به اعوجاج و تصحیح نرم افزاری آن نیز توجه شود.

فروشگاه ها و مراکز تجاری

در فروشگاه ها، لنز با زاویه دید گسترده برای پوشش کلی و لنز تله نسبی برای صندوق و رک ها نیاز است. بنابراین معمولا ترکیبی از لنزهای وریفوکال در محدوده 2.8 تا 12 میلی متر و در برخی نقاط 8 تا 32 میلی متر به کار می رود. علاوه بر این، در صندوق و نقاط حساس مالی، چگالی پیکسلی بالاتر برای شناسایی چهره و حرکت دست ها لازم است و این موضوع روی انتخاب فاصله کانونی تاثیر مستقیم دارد.:contentReference[oaicite:7]{index=7}

پارکینگ، رمپ و پلاک خوان

در پارکینگ ها دو نوع لنز لازم است: لنز واید برای پوشش کلی رمپ ها و راهروها، و لنز تله برای پلاک خوانی در نقاط کنترل ورود و خروج. برای پلاک خوانی، علاوه بر انتخاب فاصله کانونی برای تامین PPM کافی، باید زاویه دید نسبت به مسیر حرکت خودروها، سرعت خودرو و شرایط نور (تابش مستقیم، نور چراغ خودرو) را در نظر گرفت. در این سناریو، استفاده از لنزهای با فاصله کانونی 12 تا 50 میلی متر یا حتی طولانی تر روی سنسورهای مناسب، بسته به فاصله نصب، رایج است.

سایت های صنعتی و سوله ها

در سایت های صنعتی، مقاومت مکانیکی و حرارتی لنز نیز اهمیت زیادی دارد. علاوه بر این، به دلیل طول زیاد سوله ها و وجود نقاط خطرناک، غالبا از لنزهای تله برای پایش نقاط خاص و لنزهای واید برای نمای کلی استفاده می شود. در این پروژه ها، انتخاب لنز IR corrected برای عملکرد صحیح در نور روز و مادون قرمز شب، و استفاده از لنزهای با Coating مناسب برای محیط های خورنده، از نکات کلیدی است.

ملاحظات پیشرفته در انتخاب لنز CCTV

تا اینجا روی فاصله کانونی و زاویه دید تمرکز داشتیم؛ اما در پروژه های حرفه ای، چند پارامتر پیشرفته دیگر نیز مهم است که اگر نادیده گرفته شوند، کیفیت نهایی تصویر کاهش می یابد.

لنز IR corrected و مسائل فوکوس در شب

در بسیاری از لنزهای ارزان، طول موج مرئی و مادون قرمز در یک صفحه فوکوس نمی شوند و در نتیجه تصویر در روز شارپ ولی در شب با IR داخلی دوربین کمی خارج از فوکوس می شود. لنزهای IR corrected با طراحی اپتیکی ویژه این خطا را کاهش می دهند و برای دوربین های دید در شب حرفه ای، به خصوص در پروژه های بیرونی، انتخاب مطمئن تری هستند.

P-Iris، دیافراگم خودکار و عمق میدان

در محیط هایی با تغییرات نور شدید، استفاده از لنزهای Auto Iris یا P-Iris امکان کنترل دینامیک روی دیافراگم را می دهد. P-Iris با کنترل دقیق تر بازشدگی، توازن بین نور کافی روی سنسور و عمق میدان مناسب را برقرار می کند. به طور کلی، در فضای بیرونی و صحنه هایی با تضاد نوری بالا، انتخاب لنز دارای P-Iris روی دوربین های سازگار، خروجی بسیار پایدارتری نسبت به دیافراگم ثابت خواهد داشت.

اعوجاج، MTF و کیفیت اپتیکی

لنزهای واید ارزان معمولا اعوجاج بشکه ای و نرم شدگی در گوشه های تصویر دارند. در پروژه های که دقت هندسی اهمیت دارد، مثل پایش خطوط تولید یا بررسی حوادث، باید از لنزهایی با اعوجاج کنترل شده و MTF بالا استفاده شود. نمودار MTF و نمونه تصاویر در دیتاشیت لنز، بهترین راه برای مقایسه کیفیت اپتیکی لنزهای ظاهرا مشابه است.:contentReference[oaicite:8]{index=8}

اشتباهات رایج در انتخاب لنز دوربین مداربسته

در عمل، بسیاری از مشکلات کیفیت تصویر نه به خود دوربین بلکه به انتخاب اشتباه لنز برمی گردد. بنابراین دانستن خطاهای رایج می تواند جلوی بخش زیادی از دوباره کاری ها را بگیرد.

• انتخاب لنز فقط بر اساس «واید بودن» بدون بررسی چگالی پیکسلی و نیاز عملیاتی.
• نادیده گرفتن اندازه سنسور و استفاده از لنز نامتناسب که منجر به ویگنت یا کاهش زاویه دید موثر می شود.
• عدم توجه به IR correction در پروژه های شبانه و تعجب از افت وضوح در شب.
• استفاده از لنز ثابت در پروژه های که جانمایی دقیق در زمان طراحی مشخص نیست و به تنظیم میدانی نیاز دارد.
• محاسبه نکردن پهنای باند و استوریج بر اساس لنز و FoV انتخابی و در نتیجه کمبود ظرفیت در زمان بهره برداری.

سوالات متداول

منابع خارجی پیشنهادی برای مطالعه بیشتر

• Axis – Pixel density based on IEC 62676-4
• Axis – Pixel density, lens calculator and Site Designer
• JVSG – CCTV Camera Lens Calculations
• JLab – CCTV and Video Lens Formulas
• Edmund Optics – Understanding Focal Length and Field of View
• JVSG – Pixel Density in Video Surveillance