Ngày nay, với sự phổ biến của trí tuệ nhân tạo (AI), ngày càng nhiều ứng dụng sáng tạo cần được hỗ trợ bởi thị giác máy tính, và tiền đề của việc sử dụng AI để “hiểu” là thiết bị phải có khả năng nhìn và nhìn rõ. Trong quá trình này, tầm quan trọng của thấu kính quang học là điều hiển nhiên, trong đó trí tuệ nhân tạo trong ngành an ninh là ví dụ điển hình nhất.

Với sự phát triển sâu rộng của công nghệ AI an ninh, việc nâng cấp kỹ thuật ống kính an ninh, một thành phần quan trọng của camera giám sát, dường như là điều tất yếu. Từ góc độ xu hướng phát triển của hệ thống giám sát video, lộ trình nâng cấp kỹ thuật của ống kính an ninh chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

Độ tin cậy so với chi phí thấu kính

Độ tin cậy của ống kính an ninh chủ yếu phụ thuộc vào khả năng chịu nhiệt của hệ thống. Camera giám sát cần hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Một ống kính giám sát tốt cần duy trì tiêu cự ở nhiệt độ 60-70 độ C mà không gây biến dạng hình ảnh rõ rệt. Nhưng đồng thời, thị trường đang chuyển từ ống kính thủy tinh sang ống kính lai thủy tinh-nhựa (nghĩa là kết hợp các thấu kính nhựa phi cầu với thủy tinh) để cải thiện độ phân giải và giảm chi phí.

Độ phân giải so với chi phí băng thông

So với các loại ống kính máy ảnh khác, ống kính giám sát thường không yêu cầu độ phân giải cao; hiện nay độ phân giải phổ biến là 1080P (= 2MP), dự kiến ​​sẽ tăng từ khoảng 65% hiện tại lên 72% thị phần vào năm 2020. Do chi phí băng thông vẫn rất quan trọng trong các hệ thống hiện tại, việc nâng cấp độ phân giải sẽ làm tăng chi phí xây dựng và vận hành hệ thống. Dự kiến ​​tiến độ nâng cấp lên 4K trong vài năm tới sẽ rất chậm cho đến khi việc xây dựng mạng 5G hoàn tất.

Từ tiêu cự cố định đến zoom mạnh mẽ

Ống kính an ninh có thể được chia thành loại lấy nét cố định và loại zoom. Hiện nay, loại lấy nét cố định vẫn là loại phổ biến nhất, nhưng ống kính zoom chiếm 30% thị trường năm 2016 và dự kiến ​​sẽ tăng lên hơn 40% vào năm 2020. Thông thường, zoom 3x là đủ dùng, nhưng cần hệ số zoom cao hơn để giám sát ở khoảng cách xa hơn.

Khẩu độ lớn giải quyết được các ứng dụng trong môi trường thiếu sáng.

Vì ống kính an ninh thường được sử dụng trong môi trường thiếu sáng, nên yêu cầu về khẩu độ lớn cao hơn nhiều so với ống kính điện thoại di động. Mặc dù hình ảnh hồng ngoại cũng có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề chụp ảnh ban đêm, nhưng nó chỉ cung cấp video đen trắng, vì vậy khẩu độ lớn kết hợp với CMOS RGB độ nhạy cao là giải pháp cơ bản cho các ứng dụng trong môi trường thiếu sáng. Các ống kính thông dụng hiện nay đủ dùng cho môi trường trong nhà và ngoài trời vào ban ngày, và các ống kính khẩu độ lớn cấp độ ánh sáng sao (F 1.6) và cấp độ ánh sáng đen (F 0.98) đã được phát triển cho môi trường ban đêm.

Ngày nay, khi công nghệ điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi, thấu kính quang học, với vai trò là “đôi mắt” của máy móc, đang mở rộng sang nhiều lĩnh vực ứng dụng mới. Bên cạnh ba thị trường kinh doanh chính là an ninh, điện thoại di động và ô tô, với vai trò là thành phần thu nhận tín hiệu quang học chính, thấu kính quang học đã trở thành thành phần quan trọng của các sản phẩm điện tử đầu cuối mới nổi như nhận dạng AI, trình chiếu video, nhà thông minh, thực tế ảo và chiếu laser. Đối với các thiết bị điện tử khác nhau, thấu kính quang học được sử dụng cũng có sự khác biệt nhỏ về hình thức và tiêu chuẩn kỹ thuật.

Đặc điểm của thấu kính trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau

Ống kính nhà thông minh

Với sự cải thiện mức sống của người dân qua từng năm, nhà thông minh hiện đã có mặt trong hàng ngàn hộ gia đình. Các thiết bị nhà thông minh, tiêu biểu là camera an ninh gia đình/mắt thần thông minh/chuông cửa video/robot quét nhà, cung cấp nhiều nền tảng cho thấu kính quang học thâm nhập thị trường nhà thông minh. Các thiết bị nhà thông minh linh hoạt và nhỏ gọn, có thể thích ứng với hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết (cả trắng và đen). Sức hấp dẫn của thấu kính quang học chủ yếu tập trung vào độ phân giải cao, khẩu độ lớn, độ méo thấp và hiệu suất chi phí cao. Đây là tiêu chuẩn sản xuất cơ bản.

Ống kính máy ảnh máy bay không người lái hoặc UAV

Sự phát triển của thiết bị máy bay không người lái dành cho người tiêu dùng đã mở ra khả năng chụp ảnh "từ trên cao" trong cuộc sống hàng ngày. Môi trường sử dụng UAV chủ yếu là ngoài trời. Khoảng cách chụp xa, góc nhìn rộng và khả năng xử lý các môi trường ngoài trời phức tạp đã đặt ra những yêu cầu cao đối với thiết kế ống kính của UAV. Một số chức năng mà ống kính camera UAV cần có bao gồm khả năng xuyên sương mù, giảm nhiễu, dải động rộng, tự động chuyển đổi ngày đêm và chức năng che chắn vùng riêng tư hình cầu.

Môi trường bay rất phức tạp, và ống kính máy bay không người lái cần phải chuyển đổi chế độ chụp một cách linh hoạt theo môi trường quan sát bất cứ lúc nào, để đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt nhất. Trong quá trình này, ống kính zoom cũng rất cần thiết. Sự kết hợp giữa ống kính zoom và thiết bị bay, khi bay ở độ cao lớn, cũng có thể nhanh chóng chuyển đổi giữa chụp góc rộng và chụp cận cảnh.

Ống kính máy ảnh cầm tay

Ngành công nghiệp phát sóng trực tiếp đang rất phát triển. Để thích ứng tốt hơn với công việc phát sóng trực tiếp trong các tình huống khác nhau, các sản phẩm camera thông minh cầm tay cũng đã xuất hiện theo yêu cầu của thời đại. Độ phân giải cao, chống rung và không bị méo hình đã trở thành tiêu chuẩn tham khảo cho loại camera này. Ngoài ra, để theo đuổi hiệu ứng hình ảnh tốt hơn, cần phải đáp ứng hiệu ứng tái tạo màu sắc, "nhìn thấy gì thì quay được nấy", và khả năng thích ứng dải động siêu rộng để đáp ứng việc quay phim các cảnh sinh hoạt trong mọi điều kiện thời tiết.

Thiết bị quay video

Sự bùng phát của đại dịch COVID-19 đã thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của các hội nghị trực tuyến và lớp học trực tuyến. Do môi trường sử dụng tương đối cố định và đơn nhất, tiêu chuẩn thiết kế của loại ống kính này về cơ bản không quá đặc biệt. Là "kính" của thiết bị video, ống kính của thiết bị video thường đáp ứng các ứng dụng như góc nhìn rộng, không bị méo hình, độ phân giải cao và khả năng thu phóng. Với sự phổ biến ngày càng tăng của các ứng dụng liên quan trong các lĩnh vực đào tạo từ xa, y tế từ xa, hỗ trợ từ xa và văn phòng cộng tác, sản lượng của các loại ống kính này cũng ngày càng tăng.

Hiện nay, an ninh, điện thoại di động và ô tô là ba thị trường kinh doanh chính cho thấu kính quang học. Với sự đa dạng hóa lối sống của người dân, một số thị trường hạ nguồn mới nổi và được phân chia nhỏ hơn cho thấu kính quang học cũng đang phát triển, chẳng hạn như máy chiếu, thiết bị AR/VR, v.v., tập trung vào công nghệ hình ảnh và nghệ thuật, mang lại những cảm nhận khác nhau cho cuộc sống và công việc của công chúng.