Welke invloed heeft een IR-cut-filter op de dag- en nachtcamerabeelden?

Inleiding: Waarom moet een camera infraroodlicht anders behandelen?

Van een bewakingscamera wordt verwacht dat hij bij daglicht een natuurlijk ogend beeld produceert en ook na zonsondergang bruikbaar blijft. Deze twee bedrijfsomstandigheden creëren een uitdaging die gemakkelijk over het hoofd wordt gezien: de beeldsensor kan reageren op licht dat buiten het bereik van het menselijk zicht valt.

Veel beeldsensoren zijn gevoelig voor nabij-infraroodstraling. Dit kan handig zijn als een camera is ontworpen voor infraroodverlichting, maar kan ook de kleurweergave bij daglicht beïnvloeden. Materialen die op het menselijk oog lijken, kunnen infrarode energie anders reflecteren, waardoor bladeren, stoffen, huidtinten en andere objecten er met ongebruikelijke kleuren uit kunnen zien als nabij-infraroodlicht de sensor bereikt.

EenIR-sperfilterwordt vaak gebruikt om deze ongewenste infraroodenergie te beheersen. Bij een dag/nachtcamera kan het filter afhankelijk van de lichtomstandigheden in of uit het optische pad worden geplaatst. Het filter is een klein onderdeel, maar het gedrag ervan beïnvloedt het volledige beeldvormingssysteem.

Voor camerafabrikanten en optische kopers is het belangrijke punt dat het filter, de lens, de sensor en het schakelmechanisme samen moeten worden beschouwd. Als u elke component afzonderlijk kiest, kan dit leiden tot kleurverschuivingen, focusveranderingen of een inconsistente beeldkwaliteit.

Wat is een IR-cutfilter

Een IR-sperfilter is een optisch filter dat is ontworpen om zichtbaar licht door te laten en tegelijkertijd de transmissie in een specifiek infraroodgebied te verminderen. De exacte uitschakelkarakteristieken zijn afhankelijk van het filterontwerp en de beoogde sensorrespons.

Bij een conventionele kleurencamera helpt het regelen van de nabij-infraroodenergie de sensor om kleuren consistenter weer te geven met wat mensen zien. Zonder een geschikt IR-sperfilter kan de infraroodgevoeligheid de rode, groene en blauwe kanalen beïnvloeden en kleurfouten veroorzaken die de beeldverwerking mogelijk niet volledig corrigeert.

Voor camera's die in één gedefinieerde verlichtingsmodus werken, is een vast filter vaak voldoende. Een dag/nachtcamera kan echter gebruik maken van een schakelinrichting. Overdag is deIR-sperfilterwordt vóór de sensor geplaatst om nauwkeurigere kleurenbeelden te ondersteunen. 's Nachts wordt hij weggeschoven, zodat de sensor meer nabij-infraroodenergie kan ontvangen, vaak van IR-LED's.

Dit schakelontwerp wordt gewoonlijk beschreven als een ICR-mechanisme. De mechanische beweging mag dan klein zijn, maar de herhaalbaarheid van de filterpositie en de stabiliteit van het optische samenstel zijn belangrijk voor het eindresultaat.

Waarom kleur overdag afhankelijk is van infraroodcontrole

Een camerasensor ziet de wereld niet precies zoals het menselijk oog dat doet. De spectrale respons kan zich uitstrekken tot nabij-infrarode golflengten, afhankelijk van de sensorconstructie en eventuele filters in de module.

Wanneer infraroodenergie een kleurensensor bereikt, kan dit de gemeten kanaalwaarden beïnvloeden. Een wit object in zonlicht kan zichtbare en infrarode energie in een andere verhouding reflecteren dan een gekleurd object. De camera kan daardoor kleuren opnemen die er onnatuurlijk uitzien, zelfs als de belichting en witbalans redelijk lijken.

Een correct gespecificeerd IR-sperfilter helpt dit effect te beperken. Het ondersteunt een stabielere kleurreproductie en zorgt ervoor dat de uitvoer van de camera gemakkelijker consistent kan worden verwerkt in verschillende scènes.

Een IR-sperfilter is echter geen universele oplossing voor kleurcorrectie. Lenstransmissie, spectrale respons van de sensor, type lichtbron, afdekglas en beeldsignaalverwerking dragen allemaal bij aan de uiteindelijke kleur. Als een project veeleisende kleurvereisten stelt, moet de volledige module worden beoordeeld onder representatieve daglichtbronnen in plaats van alleen te vertrouwen op de nominale grenswaarde van het filter.

Waarom nachtbeelden een ander optisch pad nodig hebben

'S Nachts kan een camera vertrouwen op nabij-infrarood-LED's om de scène te verlichten. Als deIR-sperfilterop zijn plaats blijft, kan een groot deel van de verlichting worden verworpen voordat deze de sensor bereikt. Als u het filter verwijdert, kan meer van die energie door de lens gaan en de sensor bereiken.

Dit betekent niet dat elke camera 's nachts even effectief wordt zodra het filter is verwijderd. De lens moet de relevante nabij-infrarode golflengten uitzenden, de sensor moet een geschikte gevoeligheid hebben en de verlichting moet het gewenste tafereel bestrijken.

Een lens die alleen is geoptimaliseerd voor zichtbaar licht levert mogelijk niet dezelfde focus of beeldkwaliteit bij nabij-infraroodwerking. Sommige optische systemen vertonen een focusverschil tussen zichtbare en nabij-infrarode golflengten. Dit is de reden waarom een ​​IR-gecorrigeerde lens belangrijk kan zijn in camera's die in beide modi bruikbare beelden nodig hebben.

Wanneer u een dag/nacht-cameralens specificeert, controleer dan het golflengtebereik dat van belang is voor het project. Ga er niet van uit dat de zinsnede "IR ondersteunt" voldoende technische details biedt. Vraag naar de beoogde werkingsband en de omstandigheden waaronder focus en beeldkwaliteit worden beoordeeld.

Het focusverschuivingsprobleem: zichtbaar licht en nabij-infrarood zijn niet identiek

Verschillende golflengten kunnen zich op verschillende posities concentreren omdat optische materialen het licht over het hele spectrum anders breken. Dit gedrag staat bekend als chromatische aberratie. In een camera die overschakelt van beeldvorming met zichtbaar licht naar nachtbeeldvorming met infraroodondersteuning, blijft een scherpstelpositie die er overdag correct uitziet 's nachts mogelijk niet ideaal.

De grootte van het effect hangt af van het optische recept, de materiaalkeuze, het diafragma, het golflengtebereik en de sensorconfiguratie. Het kan meer opvallen bij toepassingen die fijne details vereisen of een relatief groot diafragma gebruiken.

Optische ontwerpers kunnen dit gedrag beheersen door geschikte materialen te selecteren en het optische ontwerp over het beoogde spectrale bereik te balanceren. Een praktische evaluatie moet zowel zichtbare als nabij-infraroodbeelden omvatten, waarbij gebruik wordt gemaakt van de werkelijkheidIR-sperfilteropstelling en sensor.

Voor inkoopteams betekent dit dat een lens niet alleen mag worden goedgekeurd op basis van een beeldmonster overdag als wordt verwacht dat de uiteindelijke camera overschakelt op infraroodbediening. Vraag bewijs van beide modi en controleer of het focusmechanisme of het lensontwerp bedoeld is om het volledige werkbereik te ondersteunen.

Mechanische betrouwbaarheid van het ICR-mechanisme

Het filterschakelmechanisme introduceert naast de optische ook een mechanische vereiste. Het filter moet naar de juiste positie bewegen en daar stabiel blijven. Als het mechanisme slecht is uitgelijnd, langzaam, luidruchtig of inconsistent is, kan de camera zichtbare artefacten vertonen of niet betrouwbaar schakelen.

Het mechanisme werkt ook in een compacte camerabehuizing, waar de beschikbare ruimte, temperatuur, trillingen en langdurige cycli de betrouwbaarheid kunnen beïnvloeden. Een camera die buitenshuis wordt gebruikt, kan herhaaldelijke dag-/nachtovergangen en een breed scala aan omgevingsomstandigheden ervaren.

Tijdens de productontwikkeling moeten teams rekening houden met de levensduur van de schakelaars, de herhaalbaarheid van de posities, de bedrijfstemperatuur, de blootstelling aan trillingen en de mechanische interface tussen de filterhouder en de cameramodule. Het testplan moet de verwachte werkcyclus weerspiegelen en niet slechts enkele handmatige schakeldemonstraties.

De optische en mechanische teams moeten ook de vrije opening en positie van het filter coördineren. Een filter dat technisch geschikt is maar het optische pad gedeeltelijk afkapt, kan de verlichting verminderen of een ongelijkmatig beeldgedrag veroorzaken.

Wat moeten kopers bevestigen voordat ze een dag-/nachtlens selecteren?

Een nuttige offerteaanvraag moet het camerasysteem en de bedrijfsomstandigheden ervan beschrijven. De volgende informatie helpt een lensleverancier bij het beoordelen van de vereisten:

Sensormodel, formaat, pixelgrootte en spectrale respons, indien beschikbaar.

Of de camera nu een vast IR-sperfilter of een beweegbaar ICR-mechanisme gebruikt.

Vereiste zichtbare en nabij-infrarode golflengtebereiken.

Lensbrandpuntsafstand, gezichtsveld, diafragma en mechanische omhulling.

Of de camera ingebouwde IR-LED's gebruikt en de geschatte verlichtingsgolflengte.

Vereist focusgedrag in dag- en nachtmodus.

Bedrijfstemperatuur en verwachte schakelfrequentie.

Doelstellingen voor beeldkwaliteit, inclusief midden- en randprestaties.

Het is ook nuttig om voorbeeldafbeeldingen te verstrekken of de doelscène te beschrijven. Een camera bedoeld voor een woonentree kan andere prioriteiten hebben dan een verkeerscamera of een industrieel monitoringsysteem.

Vergelijk lenzen niet alleen op brandpuntsafstand en diafragma. Twee lenzen met vergelijkbare specificaties kunnen zich anders gedragen wanneer ze worden gecombineerd met een bepaalde sensor en IR-filterstapel.

Hoe de volledige camera te valideren

Een praktisch validatieplan moet kleurscènes overdag, scènes bij weinig licht en infraroodondersteunde nachtscènes omvatten. Leg doelen in het midden en de randen van het beeld vast en inspecteer zowel de scherpte als het kleurgedrag.

Controleer voor de dagmodus of neutrale objecten er redelijk neutraal uitzien en of kleuren consistent blijven onder de beoogde verlichting. Inspecteer voor de nachtmodus de focus, het contrast, de uniformiteit van de verlichting en de hoeveelheid nuttige details. Als de camera automatisch schakelt, herhaalt u de overgang meerdere keren en kijkt u of het beeld consistent terugkeert naar dezelfde toestand.

Bij het testen moet de uiteindelijke lens worden gebruikt,IR-sperfilter, sensor, afdekvenster en behuizing waar mogelijk. Het wijzigen van een van deze componenten na validatie kan het resultaat wijzigen. Dit is vooral belangrijk wanneer de camera een strak mechanisch pakket heeft of veeleisende omgevingsspecificaties heeft.

Werken met Boshi-optica

Boshi-opticaontwikkelt en produceert optische producten voor beveiligingstoezicht, auto-elektronica, medische beeldvorming en andere cameratoepassingen. Voor een dag/nacht-cameraproject moet de optische discussie beginnen met de sensor, de IR-filteropstelling, de bedrijfsgolflengten, het gezichtsveld en de mechanische afmetingen.

Klanten kunnen het assortiment M12-lenzen van Boshi Optics bekijken of een toepassingsspecifieke vereiste bespreken via op maat gemaakte optische producten. Door de volledige cameraconfiguratie te delen, kan het team van Boshi Optics beoordelen of een standaardlens geschikt is of dat een op maat gemaakte optische oplossing moet worden overwogen.

Conclusie: Behandel het IR-cutfilter en de lens als één beeldsysteem

Een IR-sperfilter is niet zomaar een accessoire dat wordt toegevoegd om een ​​camera te laten schakelen tussen kleuren- en monochrome beelden. Het verandert de spectrale energie die de sensor bereikt en beïnvloedt daardoor de kleur, de gevoeligheid en mogelijk het focusgedrag.

Voor betrouwbare dag-/nachtbeelden specificeert u het zichtbare en infrarode werkingsbereik, controleert u het spectrale gedrag van de lens en valideert u de uiteindelijke camera in beide modi met het gekozen IR-sperfilter. Het beste resultaat komt voort uit het behandelen van de lens, het filter, de sensor, de verlichting en het schakelmechanisme als één gecoördineerd systeem.