¿Cómo afecta un filtro de corte IR a las imágenes de la cámara diurna y nocturna?

Introducción: ¿Por qué una cámara necesita tratar la luz infrarroja de manera diferente?

Se espera que una cámara de vigilancia produzca una imagen de aspecto natural durante el día y siga siendo útil después de que se ponga el sol. Estas dos condiciones operativas crean un desafío que es fácil pasar por alto: el sensor de imagen puede responder a la luz más allá del alcance de la visión humana.

Muchos sensores de imagen son sensibles a la radiación del infrarrojo cercano. Esto puede resultar útil cuando una cámara está diseñada para iluminación infrarroja, pero también puede afectar la reproducción del color a la luz del día. Los materiales que se parecen al ojo humano pueden reflejar la energía infrarroja de manera diferente, por lo que el follaje, las telas, los tonos de piel y otros objetos pueden aparecer con colores inusuales si la luz del infrarrojo cercano llega al sensor.

UnFiltro de corte de infrarrojosse utiliza comúnmente para controlar esta energía infrarroja no deseada. En una cámara de día/noche, el filtro se puede mover dentro o fuera de la trayectoria óptica dependiendo de las condiciones de iluminación. El filtro es un componente pequeño, pero su comportamiento afecta a todo el sistema de imágenes.

Para los fabricantes de cámaras y compradores de ópticas, el punto importante es que el filtro, la lente, el sensor y el mecanismo de conmutación deben considerarse en conjunto. La elección de cada componente de forma independiente puede provocar cambios de color, cambios de enfoque o una calidad de imagen inconsistente.

¿Qué es un filtro de corte de infrarrojos?

Un filtro de corte de IR es un filtro óptico diseñado para transmitir luz visible mientras reduce la transmisión en una región infrarroja específica. Las características de corte exactas dependen del diseño del filtro y de la respuesta prevista del sensor.

En una cámara en color convencional, controlar la energía del infrarrojo cercano ayuda al sensor a reproducir los colores de manera más consistente con lo que la gente ve. Sin un filtro de corte de infrarrojos adecuado, la sensibilidad infrarroja puede influir en los canales rojo, verde y azul y crear errores de color que el procesamiento de imágenes puede no corregir por completo.

Un filtro fijo suele ser suficiente para cámaras que funcionan en un modo de iluminación definido. Sin embargo, una cámara día/noche puede utilizar una disposición de conmutación. Durante el día, elFiltro de corte de infrarrojosse coloca delante del sensor para admitir imágenes en color más precisas. Por la noche, se aleja para que el sensor pueda recibir más energía del infrarrojo cercano, a menudo de LED IR.

Este diseño de conmutación se describe comúnmente como mecanismo ICR. El movimiento mecánico puede ser pequeño, pero la repetibilidad de la posición del filtro y la estabilidad del conjunto óptico son importantes para el resultado final.

Por qué el color diurno depende del control por infrarrojos

El sensor de una cámara no ve el mundo exactamente como lo ve el ojo humano. Su respuesta espectral puede extenderse a longitudes de onda del infrarrojo cercano, según la construcción del sensor y los filtros del módulo.

Cuando la energía infrarroja llega a un sensor de color, puede influir en los valores medidos del canal. Un objeto blanco expuesto a la luz solar puede reflejar energía visible e infrarroja en proporciones diferentes a la de un objeto coloreado. Por lo tanto, la cámara puede grabar colores que parecen poco naturales, incluso cuando la exposición y el balance de blancos parecen razonables.

Un filtro de corte de IR correctamente especificado ayuda a limitar este efecto. Admite una reproducción del color más estable y hace que la salida de la cámara sea más fácil de procesar de manera consistente en diferentes escenas.

Sin embargo, un filtro de corte de infrarrojos no es una solución universal de corrección de color. La transmisión de la lente, la respuesta espectral del sensor, el tipo de iluminante, el cubreobjetos y el procesamiento de la señal de la imagen contribuyen al color final. Si un proyecto tiene requisitos de color exigentes, el módulo completo debe evaluarse bajo fuentes de luz diurna representativas en lugar de confiar únicamente en el valor de corte nominal del filtro.

Por qué las imágenes nocturnas necesitan una ruta óptica diferente

Por la noche, una cámara puede depender de LED del infrarrojo cercano para iluminar la escena. si elFiltro de corte de infrarrojospermanece en su lugar, gran parte de la iluminación puede ser rechazada antes de que llegue al sensor. Quitar el filtro permite que una mayor cantidad de esa energía pase a través de la lente y llegue al sensor.

Esto no significa que todas las cámaras sean igualmente efectivas por la noche una vez que se retira el filtro. La lente debe transmitir las correspondientes longitudes de onda del infrarrojo cercano, el sensor debe tener la sensibilidad adecuada y la iluminación debe cubrir la escena requerida.

Es posible que una lente optimizada solo para luz visible no ofrezca el mismo enfoque o calidad de imagen en operación de infrarrojo cercano. Algunos sistemas ópticos presentan una diferencia de enfoque entre las longitudes de onda visibles e infrarrojas cercanas. Es por eso que una lente con corrección de IR puede ser importante en cámaras que necesitan imágenes útiles en ambos modos.

Al especificar una lente de cámara día/noche, confirme el rango de longitud de onda que es importante para el proyecto. No asuma que la frase "admite IR" proporciona suficientes detalles técnicos. Pregunte por la banda operativa prevista y las condiciones bajo las cuales se evalúa el enfoque y la calidad de la imagen.

El problema del cambio de enfoque: la luz visible y el infrarrojo cercano no son idénticos

Diferentes longitudes de onda pueden enfocarse en diferentes posiciones porque los materiales ópticos refractan la luz de manera diferente en todo el espectro. Este comportamiento se conoce como aberración cromática. En una cámara que cambia de imágenes de luz visible a imágenes nocturnas asistidas por infrarrojos, una posición de enfoque que parece correcta durante el día puede no seguir siendo ideal durante la noche.

El tamaño del efecto depende de la prescripción óptica, la selección del material, la apertura, el rango de longitud de onda y la configuración del sensor. Puede ser más notorio en aplicaciones que requieren detalles finos o utilizan una apertura relativamente grande.

Los diseñadores ópticos pueden gestionar este comportamiento seleccionando materiales adecuados y equilibrando el diseño óptico en todo el rango espectral previsto. Una evaluación práctica debe incluir imágenes tanto visibles como de infrarrojo cercano, utilizando la experiencia real.Filtro de corte de infrarrojosdisposición y sensor.

Para los equipos de adquisiciones, esto significa que no se debe aprobar una lente únicamente a partir de una muestra de imagen diurna si se espera que la cámara final cambie a operación infrarroja. Solicite evidencia de ambos modos y verifique si el mecanismo de enfoque o el diseño de la lente están destinados a soportar todo el rango operativo.

Fiabilidad mecánica del mecanismo ICR

El mecanismo de conmutación del filtro introduce un requisito mecánico además del óptico. El filtro debe moverse a la posición correcta y permanecer estable allí. Si el mecanismo está mal alineado, es lento, ruidoso o inconsistente, la cámara puede mostrar artefactos visibles o no cambiar de manera confiable.

El mecanismo también funciona dentro de una carcasa de cámara compacta, donde el espacio disponible, la temperatura, la vibración y los ciclos a largo plazo pueden afectar la confiabilidad. Una cámara utilizada en exteriores puede experimentar repetidas transiciones día/noche y una amplia gama de condiciones ambientales.

Durante el desarrollo del producto, los equipos deben considerar la vida útil de los interruptores, la repetibilidad de la posición, la temperatura de funcionamiento, la exposición a las vibraciones y la interfaz mecánica entre el soporte del filtro y el módulo de la cámara. El plan de prueba debe reflejar el ciclo de trabajo esperado en lugar de sólo unas pocas demostraciones de conmutación manual.

Los equipos ópticos y mecánicos también deben coordinar la apertura y posición clara del filtro. Un filtro que es técnicamente adecuado pero que recorta parcialmente la trayectoria óptica puede reducir la iluminación o crear un comportamiento de imagen desigual.

¿Qué deben confirmar los compradores antes de seleccionar una lente de día/noche?

Una solicitud de cotización útil debe describir el sistema de cámara y sus condiciones de funcionamiento. La siguiente información ayuda al proveedor de lentes a evaluar el requisito:

Modelo de sensor, formato, tamaño de píxel y respuesta espectral, si están disponibles.

Ya sea que la cámara utilice un filtro de corte de IR fijo o un mecanismo ICR móvil.

Rangos de longitud de onda requeridos en el visible y el infrarrojo cercano.

Distancia focal de la lente, campo de visión, apertura y envolvente mecánica.

Si la cámara utiliza LED IR incorporados y la longitud de onda de iluminación aproximada.

Comportamiento de enfoque requerido en los modos diurno y nocturno.

Temperatura de funcionamiento y frecuencia de conmutación esperada.

Objetivos de calidad de imagen, incluido el rendimiento central y de borde.

También es útil proporcionar imágenes de muestra o describir la escena de destino. Una cámara destinada a una entrada residencial puede tener prioridades diferentes a las de una cámara de tráfico o un sistema de vigilancia industrial.

Evite comparar lentes solo por distancia focal y apertura. Dos lentes con especificaciones similares pueden comportarse de manera diferente cuando se combinan con un sensor particular y una pila de filtros de corte IR.

Cómo validar la cámara completa

Un plan de validación práctico debe incluir escenas en color durante el día, escenas con poca luz y escenas nocturnas asistidas por infrarrojos. Capture objetivos en el centro y los bordes de la imagen e inspeccione tanto la nitidez como el comportamiento del color.

Para el modo diurno, compruebe si los objetos neutros parecen razonablemente neutros y si los colores permanecen consistentes bajo la iluminación prevista. Para el modo nocturno, inspeccione el enfoque, el contraste, la uniformidad de la iluminación y la cantidad de detalles útiles. Si la cámara cambia automáticamente, repita la transición varias veces y observe si la imagen vuelve constantemente al mismo estado.

Las pruebas deben utilizar la lente final,Filtro de corte de infrarrojos, sensor, ventana de cubierta y carcasa siempre que sea posible. Cambiar uno de estos componentes después de la validación puede alterar el resultado. Esto es especialmente importante cuando la cámara tiene un paquete mecánico ajustado o una especificación ambiental exigente.

Trabajar con óptica Boshi

Óptica Boshidesarrolla y fabrica productos ópticos para vigilancia de seguridad, electrónica automotriz, imágenes médicas y otras aplicaciones de cámaras. Para un proyecto de cámara día/noche, la discusión óptica debe comenzar con el sensor, la disposición del filtro de corte IR, las longitudes de onda operativas, el campo de visión y las dimensiones mecánicas.

Los clientes pueden revisar la gama de lentes M12 de Boshi Optics o discutir un requisito específico de la aplicación a través de productos ópticos personalizados. Compartir la configuración completa de la cámara ayuda al equipo de Boshi Optics a evaluar si una lente estándar es adecuada o si se debe considerar una solución óptica personalizada.

Conclusión: trate el filtro de corte de infrarrojos y la lente como un solo sistema de imágenes

Un filtro de corte de infrarrojos no es simplemente un accesorio añadido para hacer que una cámara cambie entre imágenes en color y monocromáticas. Cambia la energía espectral que llega al sensor y, por lo tanto, afecta el color, la sensibilidad y, potencialmente, el comportamiento de enfoque.

Para obtener imágenes diurnas y nocturnas confiables, especifique los rangos operativos visible e infrarrojo, verifique el comportamiento espectral de la lente y valide la cámara final en ambos modos con el filtro de corte IR elegido. El mejor resultado se obtiene al tratar la lente, el filtro, el sensor, la iluminación y el mecanismo de conmutación como un sistema coordinado.