In che modo un filtro IR-Cut influisce sull'imaging della telecamera diurna e notturna

Introduzione: perché una fotocamera deve trattare la luce infrarossa in modo diverso?

Si prevede che una telecamera di sorveglianza produca un'immagine dall'aspetto naturale alla luce del giorno e rimanga utile dopo il tramonto. Queste due condizioni operative creano una sfida facile da trascurare: il sensore di immagine può rispondere alla luce oltre il campo della visione umana.

Molti sensori di immagine sono sensibili alla radiazione del vicino infrarosso. Ciò può essere utile quando una telecamera è progettata per l'illuminazione a infrarossi, ma può anche influenzare la riproduzione del colore alla luce del giorno. I materiali che sembrano simili all'occhio umano possono riflettere l'energia infrarossa in modo diverso, quindi fogliame, tessuti, tonalità della pelle e altri oggetti possono apparire con colori insoliti se la luce del vicino infrarosso raggiunge il sensore.

UNFiltro taglia IRè comunemente usato per controllare questa energia infrarossa indesiderata. In una telecamera day/night, il filtro può essere spostato all'interno o all'esterno del percorso ottico a seconda delle condizioni di illuminazione. Il filtro è un componente piccolo, ma il suo comportamento influisce sull'intero sistema di imaging.

Per i produttori di fotocamere e gli acquirenti di ottiche, il punto importante è che filtro, obiettivo, sensore e meccanismo di commutazione siano considerati insieme. La scelta di ciascun componente in modo indipendente può portare a cambiamenti di colore, cambiamenti di messa a fuoco o qualità dell'immagine incoerente.

Che cos'è un filtro IR

Un filtro IR è un filtro ottico progettato per trasmettere la luce visibile riducendo la trasmissione in una regione infrarossa specifica. Le esatte caratteristiche di cut-off dipendono dal design del filtro e dalla risposta prevista del sensore.

In una telecamera a colori convenzionale, il controllo dell'energia del vicino infrarosso aiuta il sensore a riprodurre i colori in modo più coerente con ciò che vedono le persone. Senza un filtro IR adatto, la sensibilità agli infrarossi può influenzare i canali rosso, verde e blu e creare errori di colore che l'elaborazione delle immagini potrebbe non correggere completamente.

Per le telecamere che funzionano con una modalità di illuminazione definita spesso è sufficiente un filtro fisso. Una telecamera giorno/notte, tuttavia, può utilizzare una disposizione di commutazione. Durante il giorno, ilFiltro taglia IRè posizionato davanti al sensore per supportare immagini a colori più accurate. Di notte, viene allontanato in modo che il sensore possa ricevere più energia nel vicino infrarosso, spesso dai LED IR.

Questo disegno di commutazione è comunemente descritto come un meccanismo ICR. Il movimento meccanico può essere minimo, ma la ripetibilità della posizione del filtro e la stabilità del gruppo ottico sono importanti per il risultato finale.

Perché il colore diurno dipende dal controllo a infrarossi

Il sensore di una fotocamera non vede il mondo esattamente come l’occhio umano. La sua risposta spettrale può estendersi alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso, a seconda della costruzione del sensore e degli eventuali filtri nel modulo.

Quando l'energia infrarossa raggiunge un sensore di colore, può influenzare i valori del canale misurati. Un oggetto bianco esposto alla luce solare può riflettere l'energia visibile e infrarossa in proporzioni diverse rispetto a un oggetto colorato. La fotocamera può quindi registrare colori che appaiono innaturali, anche quando l'esposizione e il bilanciamento del bianco appaiono ragionevoli.

Un filtro taglia IR correttamente specificato aiuta a limitare questo effetto. Supporta una riproduzione del colore più stabile e semplifica l'elaborazione coerente dell'output della fotocamera nelle diverse scene.

Tuttavia, un filtro IR non è una soluzione universale per la correzione del colore. La trasmissione dell'obiettivo, la risposta spettrale del sensore, il tipo di illuminante, il vetro di copertura e l'elaborazione del segnale dell'immagine contribuiscono tutti al colore finale. Se un progetto ha requisiti cromatici impegnativi, il modulo completo dovrebbe essere valutato in base a fonti di luce diurna rappresentative piuttosto che fare affidamento solo sul valore di cut-off nominale del filtro.

Perché l'imaging notturno necessita di un percorso ottico diverso

Di notte, una telecamera può fare affidamento su LED nel vicino infrarosso per illuminare la scena. Se ilFiltro taglia IRrimane al suo posto, gran parte dell'illuminazione potrebbe essere respinta prima che raggiunga il sensore. La rimozione del filtro consente a una maggiore quantità di energia di passare attraverso l'obiettivo e raggiungere il sensore.

Ciò non significa che ogni telecamera diventi ugualmente efficace di notte una volta rimosso il filtro. L'obiettivo deve trasmettere le relative lunghezze d'onda del vicino infrarosso, il sensore deve avere una sensibilità adeguata e l'illuminazione deve coprire la scena richiesta.

Un obiettivo ottimizzato solo per la luce visibile potrebbe non fornire la stessa messa a fuoco o qualità dell'immagine nel funzionamento nel vicino infrarosso. Alcuni sistemi ottici mostrano una differenza di messa a fuoco tra le lunghezze d'onda visibili e del vicino infrarosso. Questo è il motivo per cui un obiettivo con correzione IR può essere importante nelle fotocamere che necessitano di immagini utili in entrambe le modalità.

Quando si specifica un obiettivo per telecamera giorno/notte, verificare l'intervallo di lunghezze d'onda importante per il progetto. Non dare per scontato che la frase "supporta IR" fornisca dettagli tecnici sufficienti. Richiedere la banda operativa prevista e le condizioni in cui vengono valutate la messa a fuoco e la qualità dell'immagine.

Il problema dello spostamento del fuoco: la luce visibile e il vicino infrarosso non sono identici

Diverse lunghezze d'onda possono mettere a fuoco in posizioni diverse perché i materiali ottici rifrangono la luce in modo diverso attraverso lo spettro. Questo comportamento è noto come aberrazione cromatica. In una fotocamera che passa dall'imaging a luce visibile all'imaging notturno assistito da infrarossi, una posizione di messa a fuoco che sembra corretta durante il giorno potrebbe non rimanere ideale di notte.

La dimensione dell'effetto dipende dalla prescrizione ottica, dalla selezione del materiale, dall'apertura, dalla gamma di lunghezze d'onda e dalla configurazione del sensore. Potrebbe essere più evidente nelle applicazioni che richiedono dettagli precisi o utilizzano un'apertura relativamente ampia.

I progettisti ottici possono gestire questo comportamento selezionando materiali adatti e bilanciando il design ottico nell'intervallo spettrale previsto. Una valutazione pratica dovrebbe includere immagini sia nel visibile che nel vicino infrarosso, utilizzando quelle effettiveFiltro taglia IRdisposizione e sensore.

Per i team di approvvigionamento, ciò significa che un obiettivo non dovrebbe essere approvato esclusivamente da un campione di immagine diurna se si prevede che la telecamera finale passi al funzionamento a infrarossi. Richiedere prove da entrambe le modalità e verificare se il meccanismo di messa a fuoco o il design dell'obiettivo sono destinati a supportare l'intero campo operativo.

Affidabilità meccanica del meccanismo ICR

Il meccanismo di commutazione del filtro introduce un requisito meccanico oltre a quello ottico. Il filtro deve spostarsi nella posizione corretta e rimanere stabile lì. Se il meccanismo è mal allineato, lento, rumoroso o incoerente, la fotocamera potrebbe mostrare artefatti visibili o non riuscire a commutare in modo affidabile.

Il meccanismo funziona anche all'interno di una custodia compatta per fotocamera, dove lo spazio disponibile, la temperatura, le vibrazioni e i cicli a lungo termine possono influire sull'affidabilità. Una fotocamera utilizzata all'aperto può subire ripetute transizioni giorno/notte e un'ampia gamma di condizioni ambientali.

Durante lo sviluppo del prodotto, i team dovrebbero prendere in considerazione la durata, la ripetibilità della posizione, la temperatura operativa, l'esposizione alle vibrazioni e l'interfaccia meccanica tra il portafiltro e il modulo fotocamera. Il piano di test dovrebbe riflettere il ciclo di lavoro previsto anziché solo alcune dimostrazioni di commutazione manuale.

I team ottici e meccanici dovrebbero anche coordinare l'apertura e la posizione del filtro. Un filtro tecnicamente adatto ma che taglia parzialmente il percorso ottico può ridurre l'illuminazione o creare un comportamento dell'immagine non uniforme.

Cosa dovrebbero verificare gli acquirenti prima di selezionare una lente giorno/notte?

Una richiesta di preventivo utile dovrebbe descrivere il sistema di telecamere e le sue condizioni operative. Le seguenti informazioni aiutano un fornitore di lenti a valutare il requisito:

Modello del sensore, formato, dimensione dei pixel e risposta spettrale, se disponibili.

Se la telecamera utilizza un filtro IR fisso o un meccanismo ICR mobile.

Intervalli di lunghezze d'onda del visibile e del vicino infrarosso richiesti.

Lunghezza focale dell'obiettivo, campo visivo, apertura e inviluppo meccanico.

Se la fotocamera utilizza LED IR integrati e la lunghezza d'onda approssimativa dell'illuminazione.

Comportamento della messa a fuoco richiesto nelle modalità giorno e notte.

Temperatura operativa e frequenza di commutazione prevista.

Obiettivi di qualità dell'immagine, comprese le prestazioni del centro e dei bordi.

È anche utile fornire immagini di esempio o descrivere la scena target. Una telecamera destinata ad un ingresso residenziale può avere priorità diverse da una telecamera per il traffico o da un sistema di monitoraggio industriale.

Evitare di confrontare gli obiettivi solo in base alla lunghezza focale e all'apertura. Due obiettivi con specifiche principali simili possono comportarsi in modo diverso se abbinati a un particolare sensore e uno stack di filtri IR.

Come convalidare la fotocamera completa

Un piano di convalida pratico dovrebbe includere scene a colori diurne, scene con scarsa illuminazione e scene notturne assistite da infrarossi. Cattura i soggetti al centro e ai bordi dell'immagine e controlla sia la nitidezza che il comportamento del colore.

Per la modalità giorno, controlla se gli oggetti neutri appaiono ragionevolmente neutri e se i colori rimangono coerenti con l'illuminazione prevista. Per la modalità notturna, controlla la messa a fuoco, il contrasto, l'uniformità dell'illuminazione e la quantità di dettagli utili. Se la fotocamera cambia automaticamente, ripetere la transizione più volte e osservare se l'immagine ritorna costantemente allo stesso stato.

I test dovrebbero utilizzare l'obiettivo finale,Filtro taglia IR, sensore, finestra di copertura e alloggiamento, ove possibile. La modifica di uno di questi componenti dopo la convalida può alterare il risultato. Ciò è particolarmente importante quando la fotocamera ha un pacchetto meccanico stretto o specifiche ambientali impegnative.

Lavorare con l'ottica Boshi

Ottica Boshisviluppa e produce prodotti ottici per la sorveglianza di sicurezza, l'elettronica automobilistica, l'imaging medico e altre applicazioni per fotocamere. Per un progetto di telecamera day/night, la discussione sull'ottica dovrebbe iniziare con il sensore, la disposizione del filtro IR, le lunghezze d'onda operative, il campo visivo e le dimensioni meccaniche.

I clienti possono esaminare la gamma di obiettivi M12 di Boshi Optics o discutere un requisito specifico per l'applicazione attraverso prodotti ottici personalizzati. La condivisione della configurazione completa della fotocamera aiuta il team di Boshi Optics a valutare se un obiettivo standard è adatto o se è opportuno prendere in considerazione una soluzione ottica personalizzata.

Conclusione: tratta il filtro IR e l'obiettivo come un unico sistema di imaging

Un filtro IR non è semplicemente un accessorio aggiunto per far passare una telecamera tra immagini a colori e monocromatiche. Modifica l'energia spettrale che raggiunge il sensore e quindi influisce sul colore, sulla sensibilità e potenzialmente sul comportamento della messa a fuoco.

Per immagini diurne/notturne affidabili, specifica gli intervalli operativi del visibile e dell'infrarosso, controlla il comportamento spettrale dell'obiettivo e convalida la fotocamera finale in entrambe le modalità con il filtro IR scelto. Il miglior risultato si ottiene trattando obiettivo, filtro, sensore, illuminazione e meccanismo di commutazione come un unico sistema coordinato.