Cum afectează un filtru tăiat IR imaginile camerei de zi și de noapte

Introducere: De ce trebuie ca o cameră să trateze lumina infraroșie în mod diferit?

Se așteaptă ca o cameră de supraveghere să producă o imagine cu aspect natural la lumina zilei și să rămână utilă după apusul soarelui. Aceste două condiții de funcționare creează o provocare care este ușor de trecut cu vederea: senzorul de imagine poate răspunde la lumina dincolo de raza viziunii umane.

Mulți senzori de imagine sunt sensibili la radiația infraroșie apropiată. Acest lucru poate fi util atunci când o cameră este proiectată pentru iluminare în infraroșu, dar poate afecta și reproducerea culorilor în lumina zilei. Materialele care arată similar cu ochiul uman pot reflecta energia infraroșu în mod diferit, astfel încât frunzișul, țesăturile, tonurile pielii și alte obiecte pot apărea cu culori neobișnuite dacă lumina infraroșu apropiat ajunge la senzor.

UnFiltru tăiat IReste folosit în mod obișnuit pentru a controla această energie infraroșie nedorită. Într-o cameră zi/noapte, filtrul poate fi mutat în sau în afara căii optice, în funcție de starea de iluminare. Filtrul este o componentă mică, dar comportamentul său afectează întregul sistem de imagistică.

Pentru producătorii de camere foto și cumpărătorii de sisteme optice, punctul important este că filtrul, obiectivul, senzorul și mecanismul de comutare ar trebui luate în considerare împreună. Alegerea fiecărei componente în mod independent poate duce la schimbări de culoare, schimbări de focalizare sau calitate inconsecventă a imaginii.

Ce este un filtru IR Cut

Un filtru de tăiere IR este un filtru optic conceput pentru a transmite lumina vizibilă, reducând în același timp transmisia într-o regiune infraroșu specificată. Caracteristicile exacte de întrerupere depind de designul filtrului și de răspunsul dorit al senzorului.

Într-o cameră color convențională, controlul energiei în infraroșu apropiat ajută senzorul să reproducă culorile mai consistent cu ceea ce văd oamenii. Fără un filtru de tăiere IR adecvat, sensibilitatea în infraroșu poate influența canalele roșu, verde și albastru și poate crea erori de culoare pe care procesarea imaginii poate să nu le corecteze complet.

Un filtru fix este adesea suficient pentru camerele care funcționează într-un singur mod de iluminare definit. O cameră zi/noapte, totuși, poate folosi un aranjament de comutare. În timpul zilei, celFiltru tăiat IReste plasat în fața senzorului pentru a sprijini imagini color mai precise. Noaptea, este îndepărtat astfel încât senzorul să poată primi mai multă energie în infraroșu apropiat, adesea de la LED-urile IR.

Acest design de comutare este descris în mod obișnuit ca un mecanism ICR. Mișcarea mecanică poate fi mică, dar repetabilitatea poziției filtrului și stabilitatea ansamblului optic sunt importante pentru rezultatul final.

De ce culoarea în timpul zilei depinde de controlul cu infraroșu

Senzorul camerei nu vede lumea exact așa cum o vede ochiul uman. Răspunsul său spectral se poate extinde în lungimi de undă apropiate de infraroșu, în funcție de construcția senzorului și de orice filtre din modul.

Când energia infraroșu ajunge la un senzor de culoare, aceasta poate influența valorile canalelor măsurate. Un obiect alb sub lumina soarelui poate reflecta energia vizibilă și infraroșie într-o proporție diferită față de un obiect colorat. Prin urmare, camera poate înregistra culori care par nenaturale, chiar și atunci când expunerea și balansul de alb par rezonabile.

Un filtru de tăiere IR specificat corect ajută la limitarea acestui efect. Acceptă o reproducere mai stabilă a culorilor și face ca rezultatul camerei să fie mai ușor de procesat în mod constant în diferite scene.

Cu toate acestea, un filtru de tăiere IR nu este o soluție universală de corectare a culorii. Transmisia lentilelor, răspunsul spectral al senzorului, tipul de iluminant, sticla de acoperire și procesarea semnalului de imagine contribuie toate la culoarea finală. Dacă un proiect are cerințe de culoare exigente, modulul complet ar trebui evaluat în funcție de surse reprezentative de lumină naturală, în loc să se bazeze doar pe valoarea de limită nominală a filtrului.

De ce imagistica nocturnă are nevoie de o cale optică diferită

Noaptea, o cameră se poate baza pe LED-uri cu infraroșu apropiat pentru a ilumina scena. DacăFiltru tăiat IRrămâne pe loc, o mare parte din iluminare poate fi respinsă înainte de a ajunge la senzor. Îndepărtarea filtrului permite ca mai multă energie să treacă prin lentilă și să ajungă la senzor.

Acest lucru nu înseamnă că fiecare cameră devine la fel de eficientă noaptea odată ce filtrul este îndepărtat. Lentila trebuie să transmită lungimile de undă în infraroșu apropiat, senzorul trebuie să aibă o sensibilitate adecvată, iar iluminarea trebuie să acopere scena necesară.

Este posibil ca un obiectiv optimizat numai pentru lumina vizibilă să nu ofere aceeași focalizare sau aceeași calitate a imaginii în funcționarea în infraroșu apropiat. Unele sisteme optice prezintă o diferență de focalizare între lungimile de undă vizibile și cele din infraroșu apropiat. Acesta este motivul pentru care un obiectiv corectat IR poate fi important în camerele care au nevoie de imagini utile în ambele moduri.

Când specificați un obiectiv pentru cameră zi/noapte, confirmați intervalul de lungimi de undă care contează pentru proiect. Nu presupuneți că expresia „suporta IR” oferă suficiente detalii tehnice. Solicitați banda de funcționare prevăzută și condițiile în care sunt evaluate focalizarea și calitatea imaginii.

Problema deplasării focalizării: lumina vizibilă și infraroșu apropiat nu sunt identice

Lungimi de undă diferite se pot focaliza în poziții diferite, deoarece materialele optice refractează lumina în mod diferit pe tot spectrul. Acest comportament este cunoscut sub numele de aberație cromatică. Într-o cameră care trece de la imagini cu lumină vizibilă la imagini de noapte asistate cu infraroșu, o poziție de focalizare care pare corectă în timpul zilei poate să nu rămână ideală noaptea.

Mărimea efectului depinde de prescripția optică, selecția materialului, deschiderea, intervalul de lungimi de undă și configurația senzorului. Poate fi mai vizibil în aplicațiile care necesită detalii fine sau care folosesc o deschidere relativ mare.

Designerii optici pot gestiona acest comportament selectând materiale adecvate și echilibrând designul optic în intervalul spectral dorit. O evaluare practică ar trebui să includă atât imagini vizibile, cât și în infraroșu apropiat, folosind cele realeFiltru tăiat IRaranjament și senzor.

Pentru echipele de achiziții, aceasta înseamnă că un obiectiv nu ar trebui să fie aprobat doar dintr-un eșantion de imagine în timpul zilei dacă se așteaptă ca camera finală să treacă la funcționarea în infraroșu. Solicitați dovezi de la ambele moduri și verificați dacă mecanismul de focalizare sau designul lentilei sunt destinate să suporte întreaga gamă de operare.

Fiabilitatea mecanică a mecanismului ICR

Mecanismul de comutare a filtrului introduce o cerință mecanică în plus față de cea optică. Filtrul trebuie să se miște în poziția corectă și să rămână stabil acolo. Dacă mecanismul este aliniat prost, lent, zgomotos sau inconsecvent, camera poate prezenta artefacte vizibile sau poate să nu comute în mod fiabil.

Mecanismul funcționează și în interiorul unei carcase compacte a camerei, unde spațiul disponibil, temperatura, vibrațiile și ciclul pe termen lung pot afecta fiabilitatea. O cameră folosită în aer liber poate experimenta tranziții repetate zi/noapte și o gamă largă de condiții de mediu.

În timpul dezvoltării produsului, echipele ar trebui să ia în considerare schimbarea duratei de viață, repetabilitatea poziției, temperatura de funcționare, expunerea la vibrații și interfața mecanică dintre suportul filtrului și modulul camerei. Planul de testare ar trebui să reflecte ciclul de funcționare așteptat, mai degrabă decât doar câteva demonstrații de comutare manuală.

Echipele optice și mecanice ar trebui, de asemenea, să coordoneze deschiderea și poziția clară a filtrului. Un filtru care este adecvat din punct de vedere tehnic, dar care clipește parțial calea optică poate reduce iluminarea sau poate crea un comportament neuniform al imaginii.

Ce ar trebui să confirme cumpărătorii înainte de a alege un obiectiv zi/noapte?

O cerere utilă de ofertă ar trebui să descrie sistemul de camere și condițiile de funcționare ale acestuia. Următoarele informații ajută furnizorul de lentile să evalueze cerința:

Modelul senzorului, formatul, dimensiunea pixelilor și răspunsul spectral, dacă sunt disponibile.

Indiferent dacă camera utilizează un filtru de tăiere IR fix sau un mecanism ICR mobil.

Intervalele de lungimi de undă necesare vizibile și în infraroșu apropiat.

Distanța focală a obiectivului, câmpul vizual, deschiderea și anvelopa mecanică.

Indiferent dacă camera utilizează LED-uri IR încorporate și lungimea de undă aproximativă de iluminare.

Comportamentul de focalizare necesar în modurile zi și noapte.

Temperatura de funcționare și frecvența de comutare așteptată.

Țintele de calitate a imaginii, inclusiv performanța la centru și la margine.

De asemenea, este util să furnizați imagini eșantion sau să descrieți scena țintă. O cameră destinată unei intrări rezidențiale poate avea priorități diferite față de o cameră de trafic sau un sistem de monitorizare industrială.

Evitați compararea obiectivelor numai după distanța focală și diafragmă. Două lentile cu specificații similare pentru titlu se pot comporta diferit atunci când sunt asociate cu un anumit senzor și stiva de filtre de tăiere IR.

Cum se validează camera completă

Un plan practic de validare ar trebui să includă scene de culoare în timpul zilei, scene cu lumină scăzută și scene de noapte asistate cu infraroșu. Capturați ținte în centrul și marginile imaginii și inspectați atât claritatea, cât și comportamentul culorilor.

Pentru modul de zi, verificați dacă obiectele neutre par rezonabil de neutre și dacă culorile rămân consistente în lumina dorită. Pentru modul noapte, inspectați focalizarea, contrastul, uniformitatea iluminării și cantitatea de detalii utile. Dacă camera comută automat, repetați tranziția de mai multe ori și observați dacă imaginea revine constant la aceeași stare.

Testarea ar trebui să utilizeze lentila finală,Filtru tăiat IR, senzor, fereastra de acoperire și carcasă ori de câte ori este posibil. Schimbarea uneia dintre aceste componente după validare poate modifica rezultatul. Acest lucru este deosebit de important atunci când camera are un pachet mecanic strâns sau o specificație de mediu exigentă.

Lucrul cu Optica Boshi

Optica Boshidezvoltă și produce produse optice pentru supravegherea securității, electronice auto, imagistică medicală și alte aplicații pentru camere. Pentru un proiect de cameră zi/noapte, discuția optică ar trebui să înceapă cu senzorul, aranjamentul filtrului de tăiere IR, lungimile de undă de operare, câmpul vizual și dimensiunile mecanice.

Clienții pot revizui gama de lentile M12 de la Boshi Optics sau pot discuta despre o cerință specifică aplicației prin produse optice personalizate. Partajarea configurației complete a camerei ajută echipa Boshi Optics să evalueze dacă un obiectiv standard este potrivit sau dacă ar trebui luată în considerare o soluție optică personalizată.

Concluzie: tratați filtrul și obiectivul tăiat IR ca pe un singur sistem de imagistică

Un filtru de tăiere IR nu este doar un accesoriu adăugat pentru a face o cameră să comute între imagini color și monocrome. Modifică energia spectrală care ajunge la senzor și, prin urmare, afectează culoarea, sensibilitatea și comportamentul potențial de focalizare.

Pentru imagini fiabile zi/noapte, specificați intervalele de operare vizibile și infraroșu, verificați comportamentul spectral al lentilei și validați camera finală în ambele moduri cu filtrul de tăiere IR ales. Cel mai bun rezultat vine din tratarea lentilei, filtrului, senzorului, iluminarii și mecanismului de comutare ca un sistem coordonat.