Jak IR-Cut filtr ovlivňuje denní a noční zobrazování kamer

Úvod: Proč musí fotoaparát zacházet s infračerveným světlem odlišně?

Očekává se, že bezpečnostní kamera bude vytvářet přirozeně vypadající obraz za denního světla a zůstane užitečná i po západu slunce. Tyto dvě provozní podmínky vytvářejí výzvu, kterou lze snadno přehlédnout: obrazový snímač může reagovat na světlo mimo dosah lidského zraku.

Mnoho obrazových snímačů je citlivých na blízké infračervené záření. To může být užitečné, když je kamera navržena pro infračervené osvětlení, ale může to také ovlivnit reprodukci barev za denního světla. Materiály, které vypadají podobně jako lidské oko, mohou odrážet infračervenou energii odlišně, takže listy, látky, odstíny pleti a další předměty se mohou jevit s neobvyklými barvami, pokud se na snímač dostane blízké infračervené světlo.

AnIR řezaný filtrse běžně používá k ovládání této nežádoucí infračervené energie. U denní/noční kamery může být filtr posunut do nebo z optické dráhy v závislosti na světelných podmínkách. Filtr je malá součástka, ale jeho chování ovlivňuje celý zobrazovací systém.

Pro výrobce fotoaparátů a kupující optických zařízení je důležité, že filtr, objektiv, snímač a spínací mechanismus by měly být zvažovány společně. Volba každé součásti nezávisle může vést k barevným posunům, změnám zaostření nebo nekonzistentní kvalitě obrazu.

Co je IR Cut Filtr

IR cut filtr je optický filtr navržený pro přenos viditelného světla a zároveň snížení propustnosti v určené infračervené oblasti. Přesná vypínací charakteristika závisí na konstrukci filtru a zamýšlené reakci snímače.

U konvenčních barevných kamer pomáhá ovládání blízké infračervené energie senzoru reprodukovat barvy konzistentněji s tím, co lidé vidí. Bez vhodného IR cut filtru může infračervená citlivost ovlivnit červené, zelené a modré kanály a vytvořit barevné chyby, které zpracování obrazu nemusí zcela opravit.

U kamer, které pracují v jednom definovaném režimu osvětlení, často postačuje pevný filtr. Denní/noční kamera však může používat přepínací uspořádání. Během dne,IR řezaný filtrje umístěn před snímačem pro podporu přesnějšího barevného zobrazení. V noci je odsunut, aby senzor mohl přijímat více blízké infračervené energie, často z IR LED.

Tento spínací návrh je běžně popisován jako mechanismus ICR. Mechanický pohyb může být malý, ale pro konečný výsledek je důležitá opakovatelnost polohy filtru a stabilita optické sestavy.

Proč denní barva závisí na infračerveném ovládání

Senzor fotoaparátu nevidí svět přesně jako lidské oko. Jeho spektrální odezva se může rozšířit do blízkých infračervených vlnových délek v závislosti na konstrukci senzoru a případných filtrech v modulu.

Když infračervená energie dosáhne barevného senzoru, může ovlivnit naměřené hodnoty kanálu. Bílý objekt pod slunečním světlem může odrážet viditelnou a infračervenou energii v jiném poměru než barevný objekt. Fotoaparát tedy dokáže zaznamenat barvy, které vypadají nepřirozeně, i když se expozice a vyvážení bílé zdají rozumné.

Správně specifikovaný IR cut filtr pomáhá omezit tento efekt. Podporuje stabilnější reprodukci barev a usnadňuje konzistentní zpracování výstupu fotoaparátu v různých scénách.

IR cut filtr však není univerzálním řešením pro korekci barev. Propustnost objektivu, spektrální odezva snímače, typ osvětlení, krycí sklo a zpracování obrazového signálu, to vše přispívá ke konečné barvě. Pokud má projekt náročné požadavky na barvu, měl by být celý modul vyhodnocen podle reprezentativních zdrojů denního světla, spíše než se spoléhat pouze na nominální mezní hodnotu filtru.

Proč noční zobrazování potřebuje jinou optickou cestu

V noci se může kamera spoléhat na blízké infračervené LED pro osvětlení scény. PokudIR řezaný filtrzůstane na svém místě, velká část osvětlení může být odmítnuta dříve, než dosáhne senzoru. Odstranění filtru umožňuje, aby více této energie prošlo objektivem a dostalo se na snímač.

To neznamená, že po odstranění filtru bude každá kamera v noci stejně účinná. Čočka musí přenášet příslušné blízké infračervené vlnové délky, snímač musí mít vhodnou citlivost a osvětlení musí pokrýt požadovanou scénu.

Čočka optimalizovaná pouze pro viditelné světlo nemusí poskytovat stejné zaostření nebo kvalitu obrazu v blízké infračervené oblasti. Některé optické systémy vykazují rozdíl v ohnisku mezi viditelnými a blízkými infračervenými vlnovými délkami. To je důvod, proč může být objektiv s IR korekcí důležitý u fotoaparátů, které potřebují užitečné snímky v obou režimech.

Při specifikaci objektivu kamery pro den/noc potvrďte rozsah vlnových délek, který je pro projekt důležitý. Nepředpokládejte, že fráze „podporuje IR“ poskytuje dostatek technických podrobností. Zeptejte se na zamýšlené provozní pásmo a podmínky, za kterých se hodnotí zaostření a kvalita obrazu.

Problém posunu zaostření: Viditelné světlo a blízké infračervené záření nejsou totožné

Různé vlnové délky se mohou zaostřit na různé pozice, protože optické materiály lámou světlo různě v celém spektru. Toto chování je známé jako chromatická aberace. V kameře, která přechází ze zobrazování viditelným světlem na noční zobrazování pomocí infračerveného záření, nemusí poloha zaostření, která vypadá správně během dne, zůstat v noci ideální.

Velikost efektu závisí na optickém předpisu, výběru materiálu, cloně, rozsahu vlnových délek a konfiguraci snímače. Může být patrnější v aplikacích, které vyžadují jemné detaily nebo používají relativně velkou clonu.

Návrháři optiky mohou toto chování řídit výběrem vhodných materiálů a vyvážením optického designu v zamýšleném spektrálním rozsahu. Praktické hodnocení by mělo zahrnovat jak viditelné, tak blízké infračervené snímky s použitím skutečnéhoIR řezaný filtruspořádání a snímač.

Pro nákupní týmy to znamená, že objektiv by neměl být schválen pouze ze vzorku denního snímku, pokud se očekává, že finální kamera přejde na infračervený provoz. Vyžádejte si důkazy z obou režimů a zkontrolujte, zda je zaostřovací mechanismus nebo konstrukce objektivu určena k podpoře celého provozního rozsahu.

Mechanická spolehlivost mechanismu ICR

Mechanismus přepínání filtrů přináší kromě optického požadavku také mechanické požadavky. Filtr se musí přesunout do správné polohy a zůstat tam stabilní. Pokud je mechanismus špatně zarovnaný, pomalý, hlučný nebo nekonzistentní, kamera může vykazovat viditelné artefakty nebo selhat při spolehlivém přepínání.

Mechanismus také funguje uvnitř kompaktního krytu fotoaparátu, kde dostupný prostor, teplota, vibrace a dlouhodobé cykly mohou ovlivnit spolehlivost. Kamera používaná venku může zaznamenat opakované denní/noční přechody a širokou škálu podmínek prostředí.

Během vývoje produktu by týmy měly zvážit životnost přepínání, opakovatelnost polohy, provozní teplotu, vystavení vibracím a mechanické rozhraní mezi držákem filtru a modulem kamery. Plán zkoušek by měl odrážet očekávaný pracovní cyklus spíše než jen několik ukázek ručního přepínání.

Optické a mechanické týmy by také měly koordinovat čistou aperturu a polohu filtru. Filtr, který je technicky vhodný, ale částečně ořezává optickou dráhu, může snížit osvětlení nebo vytvořit nerovnoměrné chování obrazu.

Co by si měli kupující ověřit před výběrem denního/nočního objektivu?

Užitečná žádost o cenovou nabídku by měla popisovat kamerový systém a jeho provozní podmínky. Následující informace pomáhají dodavateli čoček posoudit požadavek:

Model snímače, formát, velikost pixelu a spektrální odezva, pokud jsou k dispozici.

Zda kamera používá pevný IR cut filtr nebo pohyblivý ICR mechanismus.

Požadovaný rozsah vlnových délek pro viditelné a blízké infračervené záření.

Ohnisková vzdálenost objektivu, zorné pole, clona a mechanická obálka.

Zda kamera používá vestavěné IR LED a přibližnou vlnovou délku osvětlení.

Požadované chování zaostření v denním a nočním režimu.

Provozní teplota a předpokládaná frekvence spínání.

Cíle kvality obrazu, včetně výkonu uprostřed a okrajů.

Je také užitečné poskytnout ukázkové obrázky nebo popsat cílovou scénu. Kamera určená pro obytný vchod může mít jiné priority než dopravní kamera nebo průmyslový monitorovací systém.

Vyvarujte se porovnávání objektivů pouze podle ohniskové vzdálenosti a clony. Dva objektivy s podobnými hlavními specifikacemi se mohou chovat odlišně, když jsou spárovány s konkrétním snímačem a sestavou IR řezaných filtrů.

Jak ověřit kompletní kameru

Praktický plán ověřování by měl zahrnovat denní barevné scény, scény se slabým osvětlením a noční scény s infračerveným zářením. Zachyťte cíle ve středu a na okrajích obrazu a zkontrolujte ostrost i chování barev.

V denním režimu zkontrolujte, zda neutrální objekty vypadají přiměřeně neutrálně a zda barvy zůstávají konzistentní při zamýšleném osvětlení. U nočního režimu zkontrolujte zaostření, kontrast, rovnoměrnost osvětlení a množství užitečných detailů. Pokud se kamera přepne automaticky, opakujte přechod několikrát a sledujte, zda se obraz trvale vrací do stejného stavu.

Testování by mělo používat finální čočku,IR řezaný filtr, senzor, krycí okénko a kryt, kdykoli je to možné. Změna jedné z těchto součástí po ověření může změnit výsledek. To je zvláště důležité, když má kamera těsný mechanický obal nebo náročné environmentální specifikace.

Práce s optikou Boshi

Optika Boshivyvíjí a vyrábí optické produkty pro bezpečnostní dohled, automobilovou elektroniku, lékařské zobrazování a další kamerové aplikace. U projektu denní/noční kamery by optická diskuse měla začít senzorem, uspořádáním infračerveného filtru, provozními vlnovými délkami, zorným polem a mechanickými rozměry.

Zákazníci si mohou prohlédnout řadu objektivů Boshi Optics M12 nebo diskutovat o požadavcích specifických pro aplikaci prostřednictvím přizpůsobených optických produktů. Sdílení kompletní konfigurace kamery pomáhá týmu Boshi Optics posoudit, zda je vhodný standardní objektiv nebo zda je třeba zvážit přizpůsobené optické řešení.

Závěr: Zacházejte s infračerveným filtrem a čočkou jako s jedním zobrazovacím systémem

IR cut filtr není jen doplněk přidaný k tomu, aby fotoaparát přepínal mezi barevným a monochromatickým obrazem. Mění spektrální energii dosahující senzor, a proto ovlivňuje barvu, citlivost a potenciálně chování zaostření.

Pro spolehlivé denní/noční zobrazování specifikujte viditelné a infračervené provozní rozsahy, zkontrolujte spektrální chování objektivu a ověřte finální kameru v obou režimech pomocí zvoleného IR cut filtru. Nejlepšího výsledku dosáhnete, když budete s čočkou, filtrem, snímačem, osvětlením a spínacím mechanismem zacházet jako s jedním koordinovaným systémem.