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光學工程
從鏡頭到濾光片了解光學透霧監控攝像機

自然光由波長不同的光波組合而成,人眼可見范圍大致為390 nm -780nm,波長從長到短分別對應了紅橙藍綠青橙紫七種顏色,其中波長小于390nm的叫做紫外線,波長大于780nm的叫做紅外線。不同波段的光因為波長的不同具有不同的特性,霧氣、煙塵影響可見光成像的原因,而紅外線因為擁有較長的波長,在傳播時受氣溶膠的影響較小,可穿透一定濃度的霧靄煙塵,實現準確聚焦,這就是光學透霧的依據。

1.鏡頭

從原理可知光學透霧的重點在于對特定近紅外波段光線的截取與準確聚焦,而這部分工作大都由鏡頭完成,擁有透霧攝像機鏡頭專利的富士能監控鏡頭中國總代理深圳中天銀河科技有限公司總經理何介紹了透霧鏡頭誕生的始末:“2005年青藏鐵路項目中開始有相應透霧需求出現,而當時市場上優質的富士能鏡頭通過內置處理器可選擇不同波長,所以開始考慮利用截取不同特定波段光線的方法實現透霧,最終在一系列試驗后研制出透霧鏡頭及透霧攝像機成品,并于06年投入生產,在隨后的07得到專利批文,同時市場上也開始出現透霧鏡頭這個概念。”

可以說鏡頭的好壞決定了光學透霧的效果,日本圖麗株式會社市場推廣劉郭艷總結說到:“鏡頭設計的難度首先在于光學設計,其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等,其次選材與工藝技術也決定了成品的效果。而透霧鏡頭最大的不同在于能承載紅外波段的寬度,即成焦面的寬容度。從原理上,自然是可利用的近紅外波段越寬越好,但是受限于鏡頭光路設計的難度與CCD的感光能力,目前安防業內的鏡頭已知能利用的最長紅外波段為1100nm。”

2.濾波片

了解日夜轉換攝像機的人對濾波片都不會陌生,一般此類型攝像機裝有兩塊濾波片,一塊負責在白天過濾掉可見光之外的光波,令成像更為清晰亮麗;一塊應用在夜晚,負責放行CCD可以承載的紅外波段,實現夜間的紅外監控。

專業透霧鏡頭內置有針對性很強的濾波片,作用是精確截取所需波段的光線,且為了適應特定環境狀況,常常會加載多片針對不同波段的濾波片,并通過485接口與攝像機聯動,實現切換。正常來說,配合透霧鏡頭的攝像機在基礎成像性能上只要具備日夜轉換功能即可,但是考慮到透霧鏡頭高昂的造價,部分攝像機廠家也開始尋求更經濟實惠的光學透霧模式,特視瞰光電科技(深圳)有限公司就率先使用了四濾色波長切換裝置,其首席技術官蔣文來介紹道:“不同于過去兩濾波片的日夜轉換攝像機,我們創新的在攝像機里邊加入了四塊濾波片,除了實現日夜轉換,還通過增設一塊可選擇性過濾400nm-600nm波段光線的濾波片,實現了強光抑制;當然為了更精確截取適合成像的近紅外波段,也特別增加了透霧濾波片,以實現較為經濟的光學透霧。此機械裝置可由攝像機自動控制,也可人工切換。而集光學透霧和電透霧兩種透霧功能為一身的四濾色片光電聯合智能透霧攝像機,能夠實現兩倍于能見度以上的透霧。”

3.瓶頸與發展

因為直接利用可穿透霧靄的近紅外波段光線進行成像,光學透霧雖然只能得到黑白監控畫面,但是其成像效果突出,也已在海事、海洋有了不錯的運用;另一方面,受鏡頭高昂成本的限制,雖然近年來平安城市等大型項目甚至民用市場也出現了一定透霧需求,但是其實際數量仍有限。

與此同時,因為技術方面已經較為成熟,所以依靠鏡頭或說光學完成更好的透霧,就需要另辟蹊徑。據此圖麗劉郭艷也表達了自己的看法:“短期內鏡頭對波長的寬容度很難向1100nm以外延伸,但是如果不用兼顧可見光,在近紅外波段內還可做到一定延伸;所以可以考慮在一套設備中加載兩套鏡頭,正常情況下使用可見光鏡頭,霧天則使用專門的透霧鏡頭,這樣既可保留可見光的彩色畫面,還可把透霧鏡頭的寬容度做的更好,并實現多畫面的對比監控。”


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