濾光片在視頻成像技術(shù)上的作用

時(shí)間：2013-07-08作者：深圳市元爾科技有限公司瀏覽：46

鍍膜玻璃、藍(lán)玻璃、水晶濾光片、IR-CUT紅外截止濾光片等濾光片在視頻成像技術(shù)上起到至關(guān)重要的作用。

    鍍膜和藍(lán)玻璃的作用

紅外**二級(jí)管——紅外燈是由紅外輻射**的材料(常用砷化鎵)制成PN結(jié)，外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830～950nm，半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布于近紅外光譜波段范圍內(nèi)，為普通CCD和CMOS可感受的范圍。這樣，不論在白天還是在夜晚，都能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于任何在**零度(-273℃)以上的物體都對(duì)外**紅外線，也就是說(shuō)在白天，CCD或CMOS同時(shí)感應(yīng)到可見(jiàn)光和紅外光，根據(jù)光的折射原理和定律可得出：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越小;波長(zhǎng)越短，折射率越大。因此，當(dāng)這些光線同時(shí)進(jìn)入攝像機(jī)鏡頭，被鏡頭透鏡折射后，可見(jiàn)光和紅外光就會(huì)在不同的靶面成象，而可見(jiàn)光的成像為彩色圖像、紅外光的成像為灰度圖像，當(dāng)我們將可見(jiàn)光所成圖像調(diào)試好，也就是所謂鏡頭后焦調(diào)整和聚焦，這時(shí)紅外光就會(huì)在這個(gè)靶面形成虛像，從而影響圖象的顏色和質(zhì)量。對(duì)此，我們可以用鍍膜的方法或藍(lán)玻璃來(lái)濾除紅外光，還原物體的真實(shí)顏色，從而解決圖像色彩失真的問(wèn)題。

鍍膜分真空鍍膜和化學(xué)鍍膜兩種，化學(xué)鍍膜是將石英片侵入溶劑中加以電鍍，成本低但鍍膜厚度不均勻且容易脫落，真空鍍膜是用真空蒸鍍法，鍍膜厚度均勻且不容易脫落，但成本較高。這兩種我們都稱之為IRCoating。IRCoating能濾除特定波長(zhǎng)(如650nm以上)的光，能夠滿足一般要求不高的CCD攝像機(jī)的要求;而對(duì)于不同**、規(guī)格、型號(hào)的CMOS，由于存在紅外半峰帶寬的問(wèn)題，它們感應(yīng)紅外光的條件是不一樣的，因此**針對(duì)每一款產(chǎn)品，鍍與之相適應(yīng)、截止不同波長(zhǎng)波段的膜，以達(dá)到較佳效果。藍(lán)玻璃是用“吸收”的方式過(guò)濾紅外光，可過(guò)濾630nm波長(zhǎng)以上的光，并且過(guò)濾比較**;而IRCoating鍍膜是用“反射”的方式濾掉紅外光，而反射光容易造成干擾，因此，藍(lán)玻璃是比較好的選擇，但藍(lán)玻璃不能單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間保存和使用，因?yàn)樵谇懈?、打磨拋光加工過(guò)程中，藍(lán)玻璃表面物理層被破壞，就會(huì)產(chǎn)生析晶(俗稱發(fā)霉)，因此，我們一般常用兩片水晶夾一片藍(lán)玻璃，這樣，既解決了藍(lán)玻璃析晶，又提高了圖像的清晰度。有時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中遇到需濾除強(qiáng)光照射的情況，例如汽車(chē)大燈(遠(yuǎn)光燈)燈光的強(qiáng)光對(duì)攝像機(jī)CCD具有強(qiáng)烈影響，**濾除這部分光，才能使強(qiáng)光周?chē)矬w清晰成像。我們可以改變膜系或材料，使強(qiáng)光所在波長(zhǎng)范圍的光全部濾除以達(dá)到目的，這就是黑玻璃。黑玻璃有透紅外的，也有透紫外的。

另外，濾光片并不是*透光的，還需要加上所謂的ARCoating的鍍膜，目的是增加透光率，因?yàn)楣饩€在透過(guò)不同介質(zhì)(比如從空氣進(jìn)入石英片)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生部分的折射和反射，ARCoating具有抗反射之功能，當(dāng)加上單面ARCoating后，濾光片會(huì)提升3-5%的透光率，如果加上雙面ARCoating鍍膜，濾光片可達(dá)到98%以上的透光率，否則只有不到90%的透光率，這對(duì)CCD或CMOS的感光度就有很大的影響，也就是說(shuō)，不用ARCoating就會(huì)降低攝像機(jī)的感光度，而使用雙面ARCoating，就會(huì)使圖像較清晰。同時(shí)，ARCoating具有抗氧化之功能和有增加保護(hù)膜之功能，濾光片有ARCoating的保護(hù)也就不容易起霧了。

水晶的作用與選擇

眾所周知，CCD和CMOS兩者都是利用矽感光二極管進(jìn)行光與電轉(zhuǎn)換的圖像傳感器，由一顆顆的感光體(CELL)構(gòu)成，它要求光線較好是直射進(jìn)來(lái)，斜射進(jìn)來(lái)的光會(huì)干擾到鄰近感光體，而產(chǎn)生色漂(偽彩)，這就需要對(duì)光線加以修整。我們利用水晶的物理偏光特性，把射進(jìn)來(lái)的光線，保留直射部分，反射和折射斜射部分，避免斜射光去影響旁邊的感光點(diǎn)。但是，斜射光存在不同的角度，一片水晶只能處理一個(gè)方向的斜射光，從理論上來(lái)說(shuō)，不同方向的水晶片疊加的層數(shù)越多，解決色漂(偽彩)的效果就越好。但考慮到實(shí)際需求和成本，一般都只用1到3片水晶片來(lái)解決水平、垂直和45°角的色漂(偽彩)問(wèn)題。也就有所謂“兩片式”、“三片式”濾光片，其中IRCoating膜或藍(lán)玻璃用來(lái)濾除紅外光，而水晶用來(lái)修整光線，在水晶片上還需ARCoating鍍膜，用來(lái)增加透光率。

水晶修整光線是物理方式的，而不同CCD的**、規(guī)格、型號(hào)及不同像素還有N制、P制的不同，水晶的厚度都要配合CCD上感光點(diǎn)而變化，不能錯(cuò)誤搭配使用。例如8.8×8.2×2.85mm的三層濾光片是專為SONY405CCD設(shè)計(jì)的，大家還常常將1.08mm的水晶錯(cuò)誤地用在SONY405CCD**。

單濾光片的應(yīng)用和不足

濾光片在修整光線和還原圖像真實(shí)色彩的同時(shí)，將紅外線也濾除了。因此，在夜晚無(wú)可見(jiàn)光的情況下，就無(wú)法成像，也就沒(méi)有了夜視功能。為了解決這一問(wèn)題，便開(kāi)發(fā)出雙峰值高的單濾光片并加以運(yùn)用，這種攝像機(jī)就有了夜視功能。但這種單濾光片，雖然成本低廉，又能兼顧白天與晚上的使用，由于開(kāi)放了波長(zhǎng)頻率，從而在白天，由于自然界的光線中含有較多的紅外光，其中一部分也能進(jìn)入CCD或CMOS并干擾圖像色彩還原，例如綠色植物變得灰白，紅色圖畫(huà)變成淺紅色，黑色變成紫色等等(有陽(yáng)光的室外環(huán)境尤其明顯)，而且為了綜合考慮白天和晚上的效果都不至于難以接受，濾光片的曲線圖就很難*適應(yīng)，在白天任然有一些紅外光干擾圖像色彩還原;在晚上由于雙峰玻璃片的過(guò)濾作用，使CCD或CMOS不能充分利用所有光線從而產(chǎn)生雪花點(diǎn)現(xiàn)象，并降低紅外攝像機(jī)的圖像清晰度和低照性能。

IRCUT雙濾光片技術(shù)

雙濾光片技術(shù)，在不同的地方，有不同的名稱，歐美稱之為IRCUT;中國(guó)閩臺(tái)地區(qū)稱之為ICR;中國(guó)大陸稱之為雙濾光片切換器。

IRCUT雙濾光片切換器能讓普通日夜型攝像機(jī)在晚上和白天分別使用不同的濾光片工作，因而能有效解決雙峰單濾光片日夜不能兼顧而產(chǎn)生的問(wèn)題。

IRCUT雙濾光片切換器由一個(gè)紅外截止低通濾光片、一個(gè)全光譜光學(xué)玻璃、動(dòng)力機(jī)構(gòu)以及外殼組成，它通過(guò)一塊電路控制板來(lái)進(jìn)行切換、定位。當(dāng)白天的光線充分時(shí)，電路控制板驅(qū)使切換器切換并定位到紅外截止濾光片工作，CCD或CMOS還原出真實(shí)色彩;當(dāng)夜間可見(jiàn)光不足時(shí)，紅外截止濾光片自動(dòng)移開(kāi)，全光譜光學(xué)玻璃開(kāi)始工作，這時(shí)，它能感應(yīng)紅外燈的紅外光，使CCD或CMOS充分利用到所有光線，從而大大提高了紅外攝像機(jī)的夜視性能，整個(gè)畫(huà)面也就清晰自然了。

IRCUT雙濾光片技術(shù)的應(yīng)用，不論對(duì)于晚上還是白天的效果，都有較大的改善，但IRCUT雙濾光片切換器過(guò)去由于技術(shù)、認(rèn)識(shí)等多種因素，存在著各種各樣的問(wèn)題，并非所有工廠的IRCUT雙濾光片切換器的產(chǎn)品都成熟而有效。IRCUT雙濾光片切換器的好與壞取決于濾光片和結(jié)構(gòu)兩大方面。

濾光片的紅外線截止程度，透光率，和光整形效果均直接影響CCD、CMOS的圖像清晰度或色彩。全金屬外殼的IRCUT雙濾光片切換器，不但耐高溫，**，并能承載較大較重的鏡頭，還能較好地傳遞熱量，降低溫度對(duì)成像芯片的影響，確保圖像品質(zhì)穩(wěn)定。白天和夜晚要用不同的濾光片，那么，它的機(jī)械性能就非常重要。

IRCUT雙濾光片切換器的驅(qū)動(dòng)方式和機(jī)構(gòu)多種多樣，主要分電感線圈式和電機(jī)式兩種，它們各有千秋。

電感線圈式又分線圈運(yùn)動(dòng)或磁鐵運(yùn)動(dòng)，以及直線運(yùn)動(dòng)或鐘擺運(yùn)動(dòng)等。線圈驅(qū)動(dòng)方式的體積小，造價(jià)低，但驅(qū)動(dòng)力小，自鎖能力差，線圈運(yùn)動(dòng)的壽命很短，而磁鐵運(yùn)動(dòng)的壽命很長(zhǎng)，鐘擺運(yùn)動(dòng)方式的相對(duì)自鎖能力較好，但不能驅(qū)動(dòng)大尺寸濾光片的。

電機(jī)式又分齒輪齒條式、蝸輪蝸桿式和螺旋副式等。螺旋副式的結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力大，自鎖力強(qiáng)，是一種較好的選擇。


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