Bộ lọc IR-Cut ảnh hưởng như thế nào đến hình ảnh camera ngày và đêm

Giới thiệu: Tại sao Máy ảnh cần xử lý ánh sáng hồng ngoại một cách khác biệt?

Camera giám sát dự kiến ​​​​sẽ tạo ra hình ảnh trông tự nhiên vào ban ngày và vẫn hữu ích sau khi mặt trời lặn. Hai điều kiện hoạt động này tạo ra một thách thức dễ bị bỏ qua: cảm biến hình ảnh có thể phản ứng với ánh sáng nằm ngoài phạm vi tầm nhìn của con người.

Nhiều cảm biến hình ảnh rất nhạy cảm với bức xạ cận hồng ngoại. Điều này có thể hữu ích khi máy ảnh được thiết kế để chiếu sáng bằng tia hồng ngoại, nhưng nó cũng có thể ảnh hưởng đến việc tái tạo màu sắc trong ánh sáng ban ngày. Các vật liệu trông giống mắt người có thể phản xạ năng lượng hồng ngoại theo cách khác nhau, do đó tán lá, vải, tông màu da và các vật thể khác có thể xuất hiện với màu sắc khác thường nếu ánh sáng cận hồng ngoại chiếu tới cảm biến.

MỘTBộ lọc cắt IRthường được sử dụng để kiểm soát năng lượng hồng ngoại không mong muốn này. Trong máy ảnh ngày/đêm, bộ lọc có thể được di chuyển vào hoặc ra khỏi đường quang tùy thuộc vào điều kiện ánh sáng. Bộ lọc là một thành phần nhỏ nhưng hoạt động của nó ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống hình ảnh.

Đối với các nhà sản xuất máy ảnh và người mua quang học, điểm quan trọng là bộ lọc, ống kính, cảm biến và cơ chế chuyển đổi phải được xem xét cùng nhau. Việc chọn từng thành phần một cách độc lập có thể dẫn đến hiện tượng dịch chuyển màu sắc, thay đổi tiêu điểm hoặc chất lượng hình ảnh không nhất quán.

Bộ lọc cắt IR là gì

Bộ lọc cắt IR là bộ lọc quang được thiết kế để truyền ánh sáng khả kiến ​​đồng thời giảm sự truyền trong vùng hồng ngoại được chỉ định. Các đặc tính giới hạn chính xác phụ thuộc vào thiết kế bộ lọc và phản hồi mong muốn của cảm biến.

Ở máy ảnh màu thông thường, việc kiểm soát năng lượng cận hồng ngoại giúp cảm biến tái tạo màu sắc nhất quán hơn với những gì mọi người nhìn thấy. Nếu không có bộ lọc cắt IR phù hợp, độ nhạy hồng ngoại có thể ảnh hưởng đến các kênh màu đỏ, lục và lam và tạo ra các lỗi màu mà quá trình xử lý hình ảnh có thể không chính xác hoàn toàn.

Một bộ lọc cố định thường đủ cho các máy ảnh hoạt động ở một chế độ ánh sáng xác định. Tuy nhiên, camera ngày/đêm có thể sử dụng cơ chế chuyển đổi. Trong ngày,Bộ lọc cắt IRđược đặt phía trước cảm biến để hỗ trợ chụp ảnh màu chính xác hơn. Vào ban đêm, nó được di chuyển ra xa để cảm biến có thể nhận được nhiều năng lượng cận hồng ngoại hơn, thường là từ đèn LED hồng ngoại.

Thiết kế chuyển mạch này thường được mô tả như một cơ chế ICR. Chuyển động cơ học có thể nhỏ nhưng độ lặp lại của vị trí bộ lọc và độ ổn định của cụm quang học rất quan trọng đối với kết quả cuối cùng.

Tại sao màu sắc ban ngày phụ thuộc vào điều khiển hồng ngoại

Cảm biến máy ảnh không nhìn thế giới chính xác như mắt người. Phản ứng quang phổ của nó có thể mở rộng đến các bước sóng cận hồng ngoại, tùy thuộc vào cấu trúc cảm biến và bất kỳ bộ lọc nào trong mô-đun.

Khi năng lượng hồng ngoại chạm tới cảm biến màu, nó có thể ảnh hưởng đến các giá trị kênh đo được. Một vật màu trắng dưới ánh sáng mặt trời có thể phản xạ năng lượng nhìn thấy và năng lượng hồng ngoại theo tỷ lệ khác với vật có màu. Do đó, máy ảnh có thể ghi lại các màu trông không tự nhiên, ngay cả khi độ phơi sáng và cân bằng trắng có vẻ hợp lý.

Bộ lọc cắt IR được chỉ định chính xác sẽ giúp hạn chế hiệu ứng này. Nó hỗ trợ tái tạo màu sắc ổn định hơn và giúp đầu ra của máy ảnh dễ dàng xử lý nhất quán hơn trên các cảnh khác nhau.

Tuy nhiên, bộ lọc cắt IR không phải là giải pháp hiệu chỉnh màu phổ biến. Khả năng truyền thấu kính, phản hồi quang phổ của cảm biến, loại nguồn sáng, kính che và xử lý tín hiệu hình ảnh đều góp phần tạo nên màu sắc cuối cùng. Nếu một dự án có yêu cầu khắt khe về màu sắc thì mô-đun hoàn chỉnh phải được đánh giá dưới các nguồn ánh sáng ban ngày đại diện thay vì chỉ dựa vào giá trị giới hạn danh nghĩa của bộ lọc.

Tại sao chụp ảnh ban đêm cần một đường dẫn quang học khác

Vào ban đêm, camera có thể dựa vào đèn LED cận hồng ngoại để chiếu sáng khung cảnh. NếuBộ lọc cắt IRvẫn ở nguyên vị trí, phần lớn ánh sáng có thể bị loại bỏ trước khi nó đến được cảm biến. Việc tháo bộ lọc cho phép nhiều năng lượng đó đi qua ống kính và đến cảm biến hơn.

Điều này không có nghĩa là mọi camera đều hoạt động hiệu quả như nhau vào ban đêm sau khi tháo bộ lọc. Ống kính phải truyền các bước sóng cận hồng ngoại có liên quan, cảm biến phải có độ nhạy phù hợp và ánh sáng phải bao phủ khung cảnh cần thiết.

Một ống kính chỉ được tối ưu hóa cho ánh sáng khả kiến ​​có thể không mang lại cùng tiêu điểm hoặc chất lượng hình ảnh khi hoạt động ở chế độ cận hồng ngoại. Một số hệ thống quang học thể hiện sự khác biệt về tiêu điểm giữa bước sóng khả kiến ​​và bước sóng cận hồng ngoại. Đây là lý do tại sao ống kính có hiệu chỉnh IR có thể quan trọng đối với những máy ảnh cần hình ảnh hữu ích ở cả hai chế độ.

Khi chỉ định ống kính máy ảnh ngày/đêm, hãy xác nhận phạm vi bước sóng quan trọng đối với dự án. Đừng cho rằng cụm từ "hỗ trợ IR" cung cấp đủ chi tiết kỹ thuật. Yêu cầu dải hoạt động mong muốn và các điều kiện để đánh giá tiêu điểm và chất lượng hình ảnh.

Vấn đề dịch chuyển tiêu điểm: Ánh sáng khả kiến ​​và cận hồng ngoại không giống nhau

Các bước sóng khác nhau có thể tập trung ở các vị trí khác nhau vì vật liệu quang học khúc xạ ánh sáng khác nhau trên quang phổ. Hành vi này được gọi là quang sai màu. Trong một máy ảnh chuyển từ chụp ảnh bằng ánh sáng nhìn thấy sang chụp ảnh ban đêm có hỗ trợ hồng ngoại, vị trí lấy nét trông chính xác vào ban ngày có thể không còn lý tưởng vào ban đêm.

Kích thước của hiệu ứng phụ thuộc vào đơn thuốc quang học, lựa chọn vật liệu, khẩu độ, phạm vi bước sóng và cấu hình cảm biến. Nó có thể dễ nhận thấy hơn trong các ứng dụng yêu cầu chi tiết tốt hoặc sử dụng khẩu độ tương đối lớn.

Các nhà thiết kế quang học có thể quản lý hành vi này bằng cách chọn vật liệu phù hợp và cân bằng thiết kế quang học trên phạm vi quang phổ dự kiến. Đánh giá thực tế nên bao gồm cả hình ảnh nhìn thấy được và hình ảnh cận hồng ngoại, sử dụng dữ liệu thực tếBộ lọc cắt IRsắp xếp và cảm biến.

Đối với các nhóm mua sắm, điều này có nghĩa là không nên chỉ phê duyệt ống kính từ mẫu hình ảnh ban ngày nếu máy ảnh cuối cùng dự kiến ​​sẽ chuyển sang hoạt động hồng ngoại. Yêu cầu bằng chứng từ cả hai chế độ và kiểm tra xem cơ chế lấy nét hoặc thiết kế ống kính có nhằm hỗ trợ toàn bộ phạm vi hoạt động hay không.

Độ tin cậy cơ học của Cơ chế ICR

Cơ chế chuyển mạch bộ lọc đưa ra một yêu cầu cơ học ngoài yêu cầu quang học. Bộ lọc cần di chuyển đến đúng vị trí và duy trì ổn định ở đó. Nếu cơ chế được căn chỉnh kém, chậm, ồn ào hoặc không nhất quán, máy ảnh có thể hiển thị các thành phần giả có thể nhìn thấy được hoặc chuyển đổi không ổn định.

Cơ chế này cũng hoạt động bên trong vỏ máy ảnh nhỏ gọn, nơi không gian sẵn có, nhiệt độ, độ rung và chu kỳ hoạt động lâu dài có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy. Máy ảnh được sử dụng ngoài trời có thể gặp phải hiện tượng chuyển đổi ngày/đêm lặp đi lặp lại và nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

Trong quá trình phát triển sản phẩm, các nhóm nên xem xét tuổi thọ chuyển đổi, khả năng lặp lại vị trí, nhiệt độ vận hành, mức độ rung và giao diện cơ học giữa giá đỡ bộ lọc và mô-đun máy ảnh. Kế hoạch thử nghiệm phải phản ánh chu kỳ hoạt động dự kiến ​​thay vì chỉ một vài minh họa chuyển đổi thủ công.

Nhóm quang học và cơ khí cũng phải phối hợp khẩu độ và vị trí rõ ràng của bộ lọc. Bộ lọc phù hợp về mặt kỹ thuật nhưng cắt bớt một phần đường quang có thể làm giảm độ sáng hoặc tạo ra hành vi hình ảnh không đồng đều.

Người mua nên xác nhận điều gì trước khi chọn ống kính ngày/đêm?

Một yêu cầu báo giá hữu ích nên mô tả hệ thống camera và các điều kiện hoạt động của nó. Thông tin sau đây giúp nhà cung cấp ống kính đánh giá yêu cầu:

Kiểu cảm biến, định dạng, kích thước pixel và phản hồi quang phổ nếu có.

Máy ảnh sử dụng bộ lọc cắt IR cố định hay cơ chế ICR di động.

Yêu cầu phạm vi bước sóng nhìn thấy và cận hồng ngoại.

Tiêu cự của ống kính, trường nhìn, khẩu độ và đường bao cơ học.

Liệu máy ảnh có sử dụng đèn LED hồng ngoại tích hợp và bước sóng chiếu sáng gần đúng hay không.

Hành vi lấy nét cần thiết ở chế độ ngày và đêm.

Nhiệt độ hoạt động và tần số chuyển đổi dự kiến.

Mục tiêu chất lượng hình ảnh, bao gồm hiệu suất trung tâm và cạnh.

Việc cung cấp hình ảnh mẫu hoặc mô tả cảnh mục tiêu cũng rất hữu ích. Camera dành cho lối vào khu dân cư có thể có các ưu tiên khác với camera giao thông hoặc hệ thống giám sát công nghiệp.

Tránh so sánh ống kính chỉ theo tiêu cự và khẩu độ. Hai ống kính có thông số kỹ thuật tiêu đề giống nhau có thể hoạt động khác nhau khi kết hợp với một cảm biến cụ thể và ngăn xếp bộ lọc cắt IR.

Cách xác thực máy ảnh hoàn chỉnh

Kế hoạch xác thực thực tế phải bao gồm cảnh màu ban ngày, cảnh ánh sáng yếu và cảnh đêm có hỗ trợ hồng ngoại. Chụp các mục tiêu ở trung tâm và các cạnh của hình ảnh, đồng thời kiểm tra cả độ sắc nét và hành vi màu sắc.

Đối với chế độ ban ngày, hãy kiểm tra xem các vật thể trung tính có xuất hiện trung tính hợp lý hay không và liệu màu sắc có duy trì nhất quán dưới ánh sáng mong muốn hay không. Đối với chế độ ban đêm, hãy kiểm tra tiêu điểm, độ tương phản, độ đồng đều của ánh sáng và lượng chi tiết hữu ích. Nếu máy ảnh tự động chuyển, hãy lặp lại quá trình chuyển đổi nhiều lần và quan sát xem hình ảnh có trở lại trạng thái giống nhau một cách nhất quán hay không.

Kiểm tra nên sử dụng ống kính cuối cùng,Bộ lọc cắt IR, cảm biến, cửa sổ che và vỏ ở bất cứ nơi nào có thể. Việc thay đổi một trong các thành phần này sau khi xác thực có thể làm thay đổi kết quả. Điều này đặc biệt quan trọng khi máy ảnh có gói cơ khí chặt chẽ hoặc thông số kỹ thuật khắt khe về môi trường.

Làm việc với Quang học Boshi

Quang học Boshiphát triển và sản xuất các sản phẩm quang học để giám sát an ninh, thiết bị điện tử ô tô, hình ảnh y tế và các ứng dụng máy ảnh khác. Đối với dự án máy ảnh ngày/đêm, cuộc thảo luận về quang học nên bắt đầu bằng cảm biến, cách bố trí bộ lọc cắt IR, bước sóng hoạt động, trường nhìn và kích thước cơ học.

Khách hàng có thể xem lại dòng ống kính M12 của Boshi Optics hoặc thảo luận về yêu cầu dành riêng cho ứng dụng thông qua các sản phẩm quang học tùy chỉnh. Việc chia sẻ cấu hình camera hoàn chỉnh giúp nhóm Boshi Optics đánh giá xem ống kính tiêu chuẩn có phù hợp hay không hoặc có nên xem xét giải pháp quang học tùy chỉnh hay không.

Kết luận: Coi Bộ lọc IR Cut và Ống kính như một hệ thống hình ảnh

Bộ lọc IR cut không chỉ đơn giản là một phụ kiện được thêm vào để giúp máy ảnh chuyển đổi giữa hình ảnh màu và hình ảnh đơn sắc. Nó làm thay đổi năng lượng quang phổ tới cảm biến và do đó ảnh hưởng đến màu sắc, độ nhạy và khả năng lấy nét.

Để chụp ảnh ngày/đêm đáng tin cậy, hãy chỉ định phạm vi hoạt động khả kiến ​​và hồng ngoại, kiểm tra hoạt động quang phổ của ống kính và xác thực máy ảnh cuối cùng ở cả hai chế độ bằng bộ lọc cắt IR đã chọn. Kết quả tốt nhất đến từ việc xử lý ống kính, bộ lọc, cảm biến, hệ thống chiếu sáng và cơ chế chuyển đổi như một hệ thống phối hợp.