Jak filtr podczerwieni wpływa na obraz z kamery w dzień i w nocy

Wprowadzenie: Dlaczego kamera musi inaczej traktować światło podczerwone?

Oczekuje się, że kamera monitorująca będzie generować naturalnie wyglądający obraz w świetle dziennym i pozostanie użyteczna po zachodzie słońca. Te dwa warunki pracy stwarzają wyzwanie, które łatwo przeoczyć: czujnik obrazu może reagować na światło znajdujące się poza zasięgiem ludzkiego wzroku.

Wiele czujników obrazu jest wrażliwych na promieniowanie bliskiej podczerwieni. Może to być przydatne, gdy kamera jest przeznaczona do oświetlania w podczerwieni, ale może również wpływać na reprodukcję kolorów w świetle dziennym. Materiały wyglądające podobnie do ludzkiego oka mogą inaczej odbijać energię podczerwoną, dlatego liście, tkaniny, odcienie skóry i inne obiekty mogą mieć nietypowe kolory, jeśli światło bliskiej podczerwieni dotrze do czujnika.

JakiśFiltr odcinający podczerwieńjest powszechnie używany do kontrolowania tej niepożądanej energii podczerwieni. W kamerze dzień/noc filtr może być przesuwany na ścieżkę optyczną lub z niej w zależności od warunków oświetleniowych. Filtr jest niewielkim elementem, ale jego zachowanie wpływa na cały system obrazowania.

Dla producentów aparatów i nabywców urządzeń optycznych ważne jest, aby filtr, obiektyw, czujnik i mechanizm przełączający rozpatrywać łącznie. Niezależny wybór każdego komponentu może prowadzić do przesunięć kolorów, zmian ostrości lub niespójnej jakości obrazu.

Co to jest filtr odcinający podczerwień

Filtr odcinający podczerwień to filtr optyczny przeznaczony do przepuszczania światła widzialnego przy jednoczesnej redukcji transmisji w określonym obszarze podczerwieni. Dokładna charakterystyka odcięcia zależy od konstrukcji filtra i zamierzonej odpowiedzi czujnika.

W konwencjonalnej kamerze kolorowej kontrolowanie energii bliskiej podczerwieni pomaga czujnikowi odtwarzać kolory bardziej spójnie z tym, co widzą ludzie. Bez odpowiedniego filtra odcinającego podczerwień czułość na podczerwień może wpływać na kanały czerwony, zielony i niebieski i powodować błędy kolorów, których przetwarzanie obrazu może nie w pełni skorygować.

W przypadku kamer pracujących w jednym zdefiniowanym trybie oświetlenia często wystarcza filtr stały. Jednakże kamera dzień/noc może wykorzystywać układ przełączający. W ciągu dnia,Filtr odcinający podczerwieńjest umieszczony przed czujnikiem, aby zapewnić dokładniejsze odwzorowanie kolorów. W nocy jest on odsuwany, aby czujnik mógł otrzymać więcej energii bliskiej podczerwieni, często z diod LED podczerwieni.

Ten projekt przełączania jest powszechnie opisywany jako mechanizm ICR. Ruch mechaniczny może być niewielki, ale powtarzalność położenia filtra i stabilność układu optycznego są ważne dla końcowego wyniku.

Dlaczego kolor w ciągu dnia zależy od kontroli podczerwieni

Czujnik aparatu nie widzi świata dokładnie tak, jak ludzkie oko. Jego odpowiedź widmowa może rozciągać się na długości fal bliskiej podczerwieni, w zależności od konstrukcji czujnika i filtrów w module.

Gdy energia podczerwieni dociera do czujnika koloru, może mieć wpływ na zmierzone wartości kanałów. Biały obiekt w świetle słonecznym może odbijać energię widzialną i podczerwoną w innej proporcji niż obiekt kolorowy. Dzięki temu aparat może rejestrować kolory, które wyglądają nienaturalnie, nawet jeśli ekspozycja i balans bieli wydają się rozsądne.

Prawidłowo dobrany filtr odcinający podczerwień pomaga ograniczyć ten efekt. Obsługuje bardziej stabilną reprodukcję kolorów i ułatwia spójne przetwarzanie obrazu wyjściowego aparatu w różnych scenach.

Jednak filtr odcinający podczerwień nie jest uniwersalnym rozwiązaniem do korekcji kolorów. Transmisja obiektywu, charakterystyka widmowa czujnika, rodzaj źródła światła, szkiełko nakrywkowe i przetwarzanie sygnału obrazu mają wpływ na ostateczny kolor. Jeśli projekt ma wysokie wymagania dotyczące kolorów, cały moduł należy ocenić przy reprezentatywnych źródłach światła dziennego, a nie wyłącznie na podstawie nominalnej wartości odcięcia filtra.

Dlaczego obrazowanie w nocy wymaga innej ścieżki optycznej

W nocy kamera może oświetlać scenę diodami LED działającymi w bliskiej podczerwieni. JeśliFiltr odcinający podczerwieńpozostanie na swoim miejscu, znaczna część oświetlenia może zostać odrzucona, zanim dotrze do czujnika. Usunięcie filtra umożliwia przejście większej ilości energii przez obiektyw i dotarcie do czujnika.

Nie oznacza to jednak, że po usunięciu filtra każdy aparat będzie równie skuteczny w nocy. Obiektyw musi przepuszczać odpowiednie długości fal bliskiej podczerwieni, czujnik musi mieć odpowiednią czułość, a oświetlenie musi obejmować wymaganą scenę.

Obiektyw zoptymalizowany wyłącznie pod kątem światła widzialnego może nie zapewniać tej samej ostrości i jakości obrazu w przypadku pracy w bliskiej podczerwieni. Niektóre systemy optyczne wykazują różnicę ostrości między długością fali widzialnej i bliskiej podczerwieni. Właśnie dlatego obiektyw z korekcją podczerwieni może być ważny w kamerach, które wymagają użytecznych obrazów w obu trybach.

Określając obiektyw kamery dzień/noc, potwierdź zakres długości fal, który ma znaczenie dla projektu. Nie zakładaj, że wyrażenie „obsługuje IR” zapewnia wystarczającą ilość szczegółów technicznych. Zapytaj o zamierzone pasmo operacyjne i warunki, w jakich oceniana jest ostrość i jakość obrazu.

Problem przesunięcia ostrości: światło widzialne i bliska podczerwień nie są identyczne

Różne długości fal mogą skupiać się w różnych pozycjach, ponieważ materiały optyczne w różny sposób załamują światło w całym spektrum. Takie zachowanie jest znane jako aberracja chromatyczna. W aparacie, który zmienia obraz z obrazu w świetle widzialnym na obrazowanie w nocy ze wspomaganiem podczerwieni, pozycja ostrości, która wygląda prawidłowo w dzień, może nie pozostać idealna w nocy.

Wielkość efektu zależy od recepty optycznej, doboru materiału, apertury, zakresu długości fal i konfiguracji czujnika. Może to być bardziej zauważalne w zastosowaniach wymagających drobnych szczegółów lub wykorzystujących stosunkowo dużą aperturę.

Projektanci optyki mogą zarządzać tym zachowaniem, wybierając odpowiednie materiały i równoważąc konstrukcję optyczną w zamierzonym zakresie widma. Ocena praktyczna powinna obejmować obrazy zarówno w świetle widzialnym, jak i w bliskiej podczerwieni, z wykorzystaniem stanu rzeczywistegoFiltr odcinający podczerwieńukład i czujnik.

Dla zespołów zakupowych oznacza to, że obiektyw nie powinien być zatwierdzany wyłącznie na podstawie próbki obrazu dziennego, jeśli oczekuje się, że ostateczna kamera przełączy się na pracę w podczerwieni. Poproś o dowody dotyczące obu trybów i sprawdź, czy mechanizm ustawiania ostrości lub konstrukcja obiektywu są przeznaczone do obsługi pełnego zakresu roboczego.

Niezawodność mechaniczna mechanizmu ICR

Mechanizm przełączający filtry oprócz optycznych stawia wymagania mechaniczne. Filtr musi ustawić się we właściwej pozycji i pozostać tam stabilny. Jeśli mechanizm jest źle ustawiony, powolny, głośny lub niespójny, aparat może wykazywać widoczne artefakty lub przełączać się nieprawidłowo.

Mechanizm działa również wewnątrz kompaktowej obudowy aparatu, gdzie dostępna przestrzeń, temperatura, wibracje i długotrwałe cykle pracy mogą mieć wpływ na niezawodność. Kamera używana na zewnątrz może podlegać powtarzającym się zmianom dzień/noc i szerokiemu zakresowi warunków środowiskowych.

Podczas opracowywania produktu zespoły powinny wziąć pod uwagę trwałość przełączania, powtarzalność pozycji, temperaturę roboczą, narażenie na wibracje i interfejs mechaniczny pomiędzy uchwytem filtra a modułem kamery. Plan testów powinien odzwierciedlać oczekiwany cykl pracy, a nie tylko kilka demonstracji ręcznego przełączania.

Zespoły optyczne i mechaniczne powinny również koordynować przejrzystą aperturę i położenie filtra. Filtr, który jest technicznie odpowiedni, ale częściowo zacina ścieżkę optyczną, może zmniejszyć oświetlenie lub spowodować nierówne zachowanie obrazu.

Co powinni potwierdzić kupujący przed wyborem soczewki dziennej/nocnej?

Przydatne zapytanie ofertowe powinno opisywać system kamer i warunki jego pracy. Poniższe informacje pomagają dostawcy soczewek ocenić wymagania:

Model czujnika, format, rozmiar piksela i odpowiedź widmowa, jeśli są dostępne.

Niezależnie od tego, czy kamera wykorzystuje stały filtr odcinający podczerwień, czy ruchomy mechanizm ICR.

Wymagane zakresy długości fal w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni.

Ogniskowa obiektywu, pole widzenia, przysłona i koperta mechaniczna.

Czy kamera wykorzystuje wbudowane diody podczerwieni i przybliżoną długość fali oświetlenia.

Wymagane zachowanie ostrości w trybach dziennym i nocnym.

Temperatura robocza i oczekiwana częstotliwość przełączania.

Docelowa jakość obrazu, w tym wydajność środka i krawędzi.

Przydatne jest także dostarczenie przykładowych zdjęć lub opisanie docelowej sceny. Kamera przeznaczona do wejścia do budynku mieszkalnego może mieć inne priorytety niż kamera drogowa czy system monitoringu przemysłowego.

Unikaj porównywania obiektywów wyłącznie pod względem ogniskowej i przysłony. Dwa obiektywy o podobnych specyfikacjach głównych mogą zachowywać się inaczej w połączeniu z określonym czujnikiem i stosem filtrów odcinających podczerwień.

Jak sprawdzić kompletną kamerę

Praktyczny plan walidacji powinien obejmować sceny kolorowe w ciągu dnia, sceny przy słabym oświetleniu i sceny nocne wspomagane podczerwienią. Uchwyć cele w środku i na krawędziach obrazu oraz sprawdź ostrość i zachowanie kolorów.

W przypadku trybu dziennego sprawdź, czy neutralne obiekty wydają się w miarę neutralne i czy kolory pozostają spójne przy zamierzonym oświetleniu. W trybie nocnym sprawdź ostrość, kontrast, równomierność oświetlenia i ilość przydatnych szczegółów. Jeśli kamera przełącza się automatycznie, powtórz przejście kilka razy i obserwuj, czy obraz powraca konsekwentnie do tego samego stanu.

Do testów należy użyć finalnego obiektywu,Filtr odcinający podczerwień, czujnik, okienko osłonowe i obudowę, jeśli to możliwe. Zmiana jednego z tych składników po walidacji może zmienić wynik. Jest to szczególnie ważne, gdy aparat ma ciasną obudowę mechaniczną lub wymagające specyfikacje środowiskowe.

Praca z optyką Boshi

Optyka Boshiegoopracowuje i produkuje produkty optyczne do nadzoru bezpieczeństwa, elektroniki samochodowej, obrazowania medycznego i innych zastosowań kamer. W przypadku projektu kamery dzień/noc, dyskusję na temat optyki należy rozpocząć od czujnika, układu filtra odcinającego podczerwień, długości fal roboczych, pola widzenia i wymiarów mechanicznych.

Klienci mogą zapoznać się z asortymentem soczewek M12 firmy Boshi Optics lub omówić wymagania specyficzne dla aplikacji za pomocą niestandardowych produktów optycznych. Udostępnienie pełnej konfiguracji kamery pomaga zespołowi Boshi Optics ocenić, czy standardowy obiektyw jest odpowiedni, czy też należy rozważyć niestandardowe rozwiązanie optyczne.

Wniosek: traktuj filtr podczerwieni i obiektyw jako jeden system obrazowania

Filtr odcinający podczerwień to nie tylko akcesorium umożliwiające przełączanie kamery między obrazami kolorowymi i monochromatycznymi. Zmienia energię widmową docierającą do czujnika, a tym samym wpływa na kolor, czułość i potencjalnie zachowanie ostrości.

Aby uzyskać niezawodne obrazowanie w dzień i w nocy, określ zakres działania w świetle widzialnym i podczerwieni, sprawdź zachowanie widmowe obiektywu i zweryfikuj ostateczną kamerę w obu trybach z wybranym filtrem odcinającym podczerwień. Najlepszy wynik uzyskuje się, gdy obiektyw, filtr, czujnik, oświetlenie i mechanizm przełączający traktowane są jako jeden skoordynowany system.