Hur påverkar ett IR-klippt filter dag- och nattkamerabilder

Introduktion: Varför behöver en kamera behandla infrarött ljus annorlunda?

En övervakningskamera förväntas producera en naturlig bild i dagsljus och förbli användbar efter att solen gått ner. Dessa två driftsförhållanden skapar en utmaning som är lätt att förbise: bildsensorn kan reagera på ljus utanför det mänskliga synfältet.

Många bildsensorer är känsliga för nära-infraröd strålning. Detta kan vara användbart när en kamera är designad för infraröd belysning, men det kan också påverka färgåtergivningen i dagsljus. Material som liknar det mänskliga ögat kan reflektera infraröd energi på olika sätt, så bladverk, tyger, hudtoner och andra föremål kan uppträda med ovanliga färger om nära-infrarött ljus når sensorn.

EnIR-skuret filteranvänds vanligtvis för att kontrollera denna oönskade infraröda energi. I en dag/nattkamera kan filtret flyttas in i eller ut ur den optiska banan beroende på ljusförhållandena. Filtret är en liten komponent, men dess beteende påverkar hela bildsystemet.

För kameratillverkare och optiska köpare är det viktiga att filtret, linsen, sensorn och växlingsmekanismen bör övervägas tillsammans. Att välja varje komponent oberoende kan leda till färgskiftningar, fokusändringar eller inkonsekvent bildkvalitet.

Vad är ett IR Cut Filter

Ett IR-klippfilter är ett optiskt filter som är utformat för att överföra synligt ljus samtidigt som det minskar överföringen i ett specificerat infrarött område. De exakta cut-off-egenskaperna beror på filterdesignen och avsedd sensorrespons.

I en konventionell färgkamera hjälper kontroll av nära-infraröd energi sensorn att återge färger mer konsekvent med vad människor ser. Utan ett lämpligt IR-klippfilter kan infraröd känslighet påverka de röda, gröna och blå kanalerna och skapa färgfel som bildbehandlingen kanske inte helt korrigerar.

Ett fast filter är ofta tillräckligt för kameror som arbetar i ett definierat ljusläge. En dag/nattkamera kan dock använda ett växlingsarrangemang. Under dagen, denIR-skuret filterplaceras framför sensorn för att stödja mer exakt färgavbildning. På natten flyttas den bort så att sensorn kan ta emot mer nära-infraröd energi, ofta från IR-lysdioder.

Denna omkopplingsdesign beskrivs vanligtvis som en ICR-mekanism. Den mekaniska rörelsen kan vara liten, men repeterbarheten av filterpositionen och stabiliteten hos den optiska enheten är viktiga för det slutliga resultatet.

Varför dagsfärg beror på infraröd kontroll

En kamerasensor ser inte världen exakt som det mänskliga ögat gör. Dess spektrala svar kan sträcka sig till nära-infraröda våglängder, beroende på sensorkonstruktionen och eventuella filter i modulen.

När infraröd energi når en färgsensor kan den påverka de uppmätta kanalvärdena. Ett vitt föremål under solljus kan reflektera synlig och infraröd energi i en annan proportion än ett färgat föremål. Kameran kan därför spela in färger som ser onaturliga ut, även när exponering och vitbalans framstår som rimliga.

Ett korrekt specificerat IR-klippfilter hjälper till att begränsa denna effekt. Den stöder mer stabil färgåtergivning och gör kamerans utdata lättare att bearbeta konsekvent över olika scener.

Ett IR-klippfilter är dock inte en universell färgkorrigeringslösning. Linsöverföring, sensorspektralrespons, belysningstyp, täckglas och bildsignalbehandling bidrar alla till den slutliga färgen. Om ett projekt har höga färgkrav, bör hela modulen utvärderas under representativa dagsljuskällor snarare än att förlita sig på filtrets nominella gränsvärde enbart.

Varför Night Imaging behöver en annan optisk väg

På natten kan en kamera förlita sig på nära-infraröda lysdioder för att lysa upp scenen. OmIR-skuret filterförblir på plats, kan mycket av belysningen förkastas innan den når sensorn. Om du tar bort filtret kan mer av den energin passera genom linsen och nå sensorn.

Detta betyder inte att varje kamera blir lika effektiv på natten när filtret väl har tagits bort. Linsen måste sända de relevanta nära-infraröda våglängderna, sensorn måste ha lämplig känslighet och belysningen måste täcka den önskade scenen.

En lins som enbart är optimerad för synligt ljus kanske inte ger samma fokus eller bildkvalitet i nära-infraröd drift. Vissa optiska system uppvisar en fokusskillnad mellan synliga och nära-infraröda våglängder. Det är därför ett IR-korrigerat objektiv kan vara viktigt i kameror som behöver användbara bilder i båda lägena.

När du anger ett kameraobjektiv för dag/natt, bekräfta det våglängdsområde som är viktigt för projektet. Anta inte att frasen "stödjer IR" ger tillräckligt med tekniska detaljer. Fråga efter det avsedda operationsbandet och de förhållanden under vilka fokus och bildkvalitet utvärderas.

Fokusförskjutningsproblemet: Synligt ljus och nära-infrarött är inte identiska

Olika våglängder kan fokusera på olika positioner eftersom optiska material bryter ljus på olika sätt över hela spektrumet. Detta beteende är känt som kromatisk aberration. I en kamera som växlar från synligt ljus till infraröd-assisterad nattbild, kanske en fokusposition som ser korrekt ut under dagen inte förblir idealisk på natten.

Storleken på effekten beror på det optiska receptet, materialval, bländare, våglängdsområde och sensorkonfiguration. Det kan vara mer märkbart i applikationer som kräver fina detaljer eller använder en relativt stor bländare.

Optiska designers kan hantera detta beteende genom att välja lämpliga material och balansera den optiska designen över det avsedda spektralområdet. En praktisk utvärdering bör innehålla både synliga och nära-infraröda bilder, med de faktiska bildernaIR-skuret filterarrangemang och sensor.

För inköpsteam innebär detta att ett objektiv inte bör godkännas enbart från ett bildprov dagtid om den slutliga kameran förväntas gå över till infraröd drift. Begär bevis från båda lägena och kontrollera om fokusmekanismen eller linsdesignen är avsedd att stödja hela driftsområdet.

Mekanisk tillförlitlighet hos ICR-mekanismen

Filteromkopplingsmekanismen inför ett mekaniskt krav utöver det optiska. Filtret måste flyttas till rätt position och förbli stabilt där. Om mekanismen är dåligt justerad, långsam, bullrig eller inkonsekvent kan kameran visa synliga artefakter eller misslyckas med att växla tillförlitligt.

Mekanismen fungerar också inuti ett kompakt kamerahus, där tillgängligt utrymme, temperatur, vibrationer och långvarig cykling kan påverka tillförlitligheten. En kamera som används utomhus kan uppleva upprepade dag/natt-övergångar och en mängd olika miljöförhållanden.

Under produktutvecklingen bör teamen överväga byte av livslängd, positionsrepeterbarhet, driftstemperatur, vibrationsexponering och det mekaniska gränssnittet mellan filterhållaren och kameramodulen. Testplanen bör återspegla den förväntade arbetscykeln snarare än bara några få manuella växlingsdemonstrationer.

De optiska och mekaniska teamen bör också samordna filtrets fria öppning och position. Ett filter som är tekniskt lämpligt men delvis klipper den optiska banan kan minska belysningen eller skapa ojämnt bildbeteende.

Vad bör köpare bekräfta innan de väljer en dag-/nattlins?

En användbar offertförfrågan bör beskriva kamerasystemet och dess driftsförhållanden. Följande information hjälper en linsleverantör att bedöma kravet:

Sensormodell, format, pixelstorlek och spektralrespons om tillgängligt.

Oavsett om kameran använder ett fast IR-filter eller en rörlig ICR-mekanism.

Erforderliga synliga och nära-infraröda våglängdsområden.

Objektivets brännvidd, synfält, bländare och mekaniskt omslag.

Om kameran använder inbyggda IR-lysdioder och den ungefärliga belysningsvåglängden.

Krävt fokusbeteende i dag- och nattlägen.

Drifttemperatur och förväntad kopplingsfrekvens.

Mål för bildkvalitet, inklusive mitt- och kantprestanda.

Det är också användbart att tillhandahålla exempelbilder eller beskriva målscenen. En kamera avsedd för en bostadsentré kan ha andra prioriteringar än en trafikkamera eller ett industriövervakningssystem.

Undvik att jämföra objektiv endast efter brännvidd och bländare. Två linser med liknande rubrikspecifikationer kan bete sig olika när de paras ihop med en speciell sensor och IR-filter.

Hur man validerar den kompletta kameran

En praktisk valideringsplan bör inkludera färgscener dagtid, scener med svagt ljus och infraröda nattscener. Fånga mål i mitten och kanterna av bilden och inspektera både skärpa och färgbeteende.

För dagläge, kontrollera om neutrala föremål verkar någorlunda neutrala och om färgerna förblir konsekventa under den avsedda belysningen. För nattläge, inspektera fokus, kontrast, belysningslikformighet och mängden användbara detaljer. Om kameran växlar automatiskt, upprepa övergången flera gånger och observera om bilden konsekvent återgår till samma tillstånd.

Testning bör använda den slutliga linsen,IR-skuret filter, sensor, täckfönster och hölje där det är möjligt. Att ändra en av dessa komponenter efter validering kan ändra resultatet. Detta är särskilt viktigt när kameran har ett tätt mekaniskt paket eller en krävande miljöspecifikation.

Arbeta med Boshi Optik

Boshi Optikutvecklar och tillverkar optiska produkter för säkerhetsövervakning, fordonselektronik, medicinsk bildbehandling och andra kameraapplikationer. För ett dag-/nattkameraprojekt bör den optiska diskussionen börja med sensorn, IR-filterarrangemang, driftvåglängder, synfält och mekaniska dimensioner.

Kunder kan granska Boshi Optics M12 linssortiment eller diskutera ett applikationsspecifikt krav genom skräddarsydda optiska produkter. Att dela hela kamerakonfigurationen hjälper Boshi Optics-teamet att bedöma om ett standardobjektiv är lämpligt eller om en anpassad optisk lösning bör övervägas.

Slutsats: Behandla IR Cut-filtret och linsen som ett bildsystem

Ett IR-klippfilter är inte bara ett tillbehör som läggs till för att få en kamera att växla mellan färg- och monokroma bilder. Det ändrar spektralenergin som når sensorn och påverkar därför färg, känslighet och potentiellt fokusbeteende.

För tillförlitlig dag-/nattavbildning, specificera de synliga och infraröda driftsområdena, kontrollera linsens spektrala beteende och validera den slutliga kameran i båda lägena med det valda IR-klippfiltret. Det bästa resultatet kommer från att behandla linsen, filtret, sensorn, belysningen och omkopplingsmekanismen som ett koordinerat system.