Wat veroorzaakt lensflare en ghosting in beveiligingscamera's

Waarom ziet een camerabeeld er wazig uit bij fel licht?

Een beveiligingscamera kan overdag een helder beeld produceren en nog steeds moeite hebben als er fel licht binnenkomt. Straatverlichting, koplampen van voertuigen, reflecterende borden, zonlicht vanuit een lage hoek en infraroodstralers in de buurt kunnen allemaal ongewenste artefacten veroorzaken.

Twee veelgebruikte termen om deze effecten te beschrijven zijn overstraling en nevenbeelden. Ze zijn verwant, maar niet precies hetzelfde. Overstraling verschijnt vaak als een verlies aan contrast of een wazige gloed, terwijl nevenbeelden kunnen verschijnen als een secundair beeld, een lichtpuntje of herhaalde reflectie.

Deze effecten worden niet altijd veroorzaakt door een defecte lens. Ze kunnen voortkomen uit de interactie van optische oppervlakken, coatings, het sensorafdekglas, beschermende vensters, filters en de camerabehuizing. Vervuiling van de montage en de positie van nabijgelegen componenten kunnen ook bijdragen.

Voor camerafabrikanten is het begrijpen van de bron de eerste stap in de richting van het verbeteren van de beeldkwaliteit. Het vervangen van een lens zonder de oorzaak te identificeren, lost het probleem mogelijk niet op.

Wat is lensflare?

Cameralensflare is ongewenst licht binnen het beeldvormingssysteem dat de beeldkwaliteit vermindert. Het kan worden veroorzaakt door lichtverstrooiing of reflectie door optische oppervlakken, mechanische oppervlakken of verontreinigingen. Afhankelijk van de scène en de lensconstructie kan overstraling verschijnen als een vervaagd gebied, een heldere sluier, verminderd contrast of gekleurde artefacten.

Overstraling is vooral merkbaar wanneer een heldere bron zich binnen of net buiten het gezichtsveld bevindt. Het kan ook voorkomen wanneer licht onder een hoek door de voorkant van de camera binnenkomt en reflecteert op oppervlakken die niet voldoende onder controle zijn.

De impact hangt af van de helderheid en positie van de bron, het optische ontwerp, de coatingprestaties, het diafragma en de interne mechanische lay-out. Een lens die goed presteert in een standaardresolutietest heeft mogelijk nog aanvullende evaluatie nodig bij sterke verlichting buiten de as.

Wat is ghosting?

Lensghosting verwijst doorgaans naar een herkenbaar secundair beeld of helder artefact dat wordt gevormd door ongewenste reflecties binnen het optische systeem. Licht kan reflecteren tussen lensoppervlakken, tussen de lens en het sensorafdekglas, of tussen andere parallelle oppervlakken in de cameramodule.

Een geest kan verschijnen als een vaag duplicaat van een straatlantaarn, een gekleurde ring, een veelhoekige vlek of een ander gestructureerd artefact. De positie ervan kan veranderen wanneer de heldere bron over het beeld beweegt.

De vorm en locatie van een geest kunnen aanwijzingen geven over de betrokken oppervlakken. Voor het vaststellen van de exacte oorzaak is het echter vaak nodig om de gemonteerde camera te testen en één onderdeel tegelijk te vervangen. Een beschermvenster aan de voorkant, een filter of een sensorafdekglas kunnen deel uitmaken van het reflectiepad, dus de lens mag niet automatisch de schuld krijgen.

Veel voorkomende oorzaken bij een beveiligingscamera

Een veel voorkomende oorzaak is reflectie tussen optische oppervlakken. Elke lucht-glasinterface kan een deel van het binnenkomende licht reflecteren. Antireflectiecoatings verminderen deze reflectie, maar hun prestaties zijn afhankelijk van de golflengte, invalshoek en het coatingontwerp.

Een tweede oorzaak is vervuiling. Stof, vingerafdrukken, olie, lijmresten of schoonmaakvlekken kunnen het licht verstrooien en de waas vergroten. Een klein deeltje nabij een gevoelig oppervlak kan zichtbaar worden wanneer een sterke lichtbron het toneel betreedt.

Een derde oorzaak is mechanische reflectie. Glanzende interne oppervlakken, slecht zwart gemaakte vaten, blootliggende metalen randen of reflecterende lijm kunnen strooilicht naar de sensor leiden.

Een vierde oorzaak is het voorvenster of de filterstapel van de camera. Een beschermend afdekglas, IR-cut filter of een ander parallel oppervlak kan extra reflectiepaden creëren. Als deze componenten worden toegevoegd nadat de lens is ontworpen, kan het uiteindelijke systeem zich anders gedragen dan het originele optische model.

Ten slotte is de lichtbron zelf van belang. Een sterke puntbron net buiten het gezichtsveld kan overstraling veroorzaken, zelfs als deze niet zichtbaar is in het vastgelegde beeld.

Hoe antireflectiecoatings helpen

Een antireflectiecoating is ontworpen om reflecties op een optisch oppervlak over een gespecificeerd golflengtebereik en invalshoek te verminderen. Door de gereflecteerde energie te verminderen, kunnen coatings de transmissie verbeteren en sommige vormen van overstraling en nevenbeelden helpen beperken.

“AR-gecoat” is echter geen volledige prestatiespecificatie. Een coating die is geoptimaliseerd voor zichtbaar licht levert mogelijk niet dezelfde prestaties in nabij-infraroodgolflengten. Een camera die gebruik maakt van IR-verlichting moet daarom rekening houden met het spectrale bereik van de coating.

De coatingprestaties kunnen ook veranderen met de hoek. Groothoeklenzen ontvangen stralen onder verschillende hoeken over het veld, en een coating moet geschikt zijn voor de daadwerkelijke optische geometrie.

Vraag voor veeleisende toepassingen de leverancier naar de relevante transmissie- of reflectie-informatie en verduidelijk het golflengtebereik. Bevestig ook of de specificatie van toepassing is op alle relevante optische oppervlakken of alleen op geselecteerde elementen.

Optisch ontwerp en mechanisch ontwerp moeten samenwerken

Optische ontwerpers kunnen ongewenste reflecties verminderen door middel van lensconfiguratie, materiaalkeuze, oppervlaktekromming en controle van strooilichtpaden. Maar optisch ontwerp is slechts een deel van de oplossing.

De lenscilinder en de camerabehuizing moeten ook zo worden ontworpen dat interne reflecties worden beperkt. Matzwarte oppervlakken, geschikte schotten en gecontroleerde openingen kunnen helpen voorkomen dat licht buiten de as de sensor bereikt via onbedoelde paden.

De positie van filters en afdekramen moet vroegtijdig worden overwogen. Parallelle oppervlakken kunnen herhaalde reflecties veroorzaken, terwijl een zorgvuldig gespecificeerde kanteling of wig kan helpen sommige reflecties weg te leiden van de beeldsensor. Elke dergelijke verandering moet worden beoordeeld op de impact ervan op de beeldkwaliteit en mechanische integratie.

De netheid van de montage is net zo belangrijk. Stof en vingerafdrukken kunnen de voordelen van een goed optisch ontwerp en goede coatings ondermijnen. Een gecontroleerd reinigings- en montageproces zorgt ervoor dat de voltooide camera consistent blijft met het goedgekeurde monster.

Praktische probleemoplossing: een stapsgewijze aanpak

Wanneer er overstraling of nevenbeelden optreden, begin dan met een herhaalbare testscène. Gebruik een heldere puntbron op gedefinieerde posities: binnen het gezichtsveld, dichtbij de rand en net buiten het beeld. Houd de belichtings- en camera-instellingen vast, zodat vergelijkingen zinvol zijn.

Inspecteer vervolgens het vooroppervlak en maak het schoon volgens de goedgekeurde procedure. Gebruik geen agressief oplosmiddel of doek die de coatings kan beschadigen. Leg dezelfde scène opnieuw vast.

Als het probleem zich blijft voordoen, vergelijk dan de camera met en zonder verwijderbaar beschermend venster of filter, waarbij het ontwerp veilig testen mogelijk maakt. Dit kan helpen bepalen of een toegevoegd oppervlak bijdraagt ​​aan het artefact.

Inspecteer vervolgens de interne mechanische oppervlakken en de uitlijning van de optische stapel. Vergelijk indien mogelijk een ander monster uit dezelfde batch. Een verschil tussen monsters kan duiden op verontreiniging van de montage, variatie in componenten of een probleem met de mechanische uitlijning.

Herhaal ten slotte de test bij de beoogde bedrijfsgolflengten. Een camera met IR-LED's moet worden getest terwijl deze LED's zijn ingeschakeld, omdat bij een evaluatie met alleen zichtbaar licht artefacten kunnen worden gemist die in de nachtmodus verschijnen.

Wat moeten kopers opnemen in een lensspecificatie?

Een bruikbare specificatie zou de scène en het systeem moeten beschrijven, in plaats van eenvoudigweg “geen overstraling” te vermelden. Het absoluut elimineren van al het strooilicht is zelden een realistische vereiste onder alle mogelijke lichtomstandigheden.

Vermeld het sensormodel, het gezichtsveld van de lens, het diafragma, het golflengtebereik en of de camera IR-verlichting gebruikt. Geef aan of er een beschermend venster, IR-cut filter of ander optisch onderdeel voor de lens zit.

Beschrijf de verwachte lichtbronnen en hun posities. Een camera die naar de weg kijkt, kan bijvoorbeeld 's nachts koplampen tegenkomen, terwijl een bewakingscamera buitenshuis te maken kan krijgen met zonlicht vanuit een lage hoek. Definieer het beeldgebied en het artefactniveau dat acceptabel is voor de toepassing.

Geef waar mogelijk voorbeeldafbeeldingen weer waarop het probleem te zien is. Een leverancier kan vervolgens beoordelen of de waarschijnlijke oorzaak een optisch ontwerp, coating, mechanisch strooilicht of montage is. Maak afspraken over een testmethode en acceptatiecriteria vóór massaproductie.

Boshi-optica: evaluatie van de volledige beeldvormingsassemblage

Boshi-opticalevert optische producten voor beveiligingstoezicht en andere beeldvormingstoepassingen. Bij het beoordelen van overstraling of nevenbeelden is het nuttigste uitgangspunt de volledige cameraconfiguratie: sensor, lens, filters, beschermvenster, behuizing en verlichting.

Klanten kunnen het assortiment M12-lenzen van het bedrijf bekijken of toepassingsspecifieke vereisten bespreken via op maat gemaakte optische producten. Deel voor een technische beoordeling het sensormodel, het gezichtsveld, het golflengtebereik, de cameratekeningen en representatieve afbeeldingen van het artefact.

Deze informatie helpt een probleem op lensniveau te onderscheiden van een reflectie- of montageprobleem op systeemniveau.

Conclusie: Test met het licht waar uw camera daadwerkelijk mee te maken krijgt

Flare en ghosting worden vaak behandeld als kleine beelddefecten totdat ze de nachtbewaking, objectherkenning of de zichtbaarheid van belangrijke details verstoren. De oorzaken ervan kunnen betrekking hebben op meerdere oppervlakken en componenten. Daarom is een totaalsysteembenadering essentieel.

Specificeer het golflengtebereik, evalueer coatings, controleer interne reflecties, zorg ervoor dat de montage schoon blijft en test met realistische heldere bronnen. Een camera moet niet alleen worden gevalideerd onder comfortabele laboratoriumverlichting, maar ook onder de uitdagende omstandigheden waarvoor deze is ontworpen.