Comment un filtre IR-Cut affecte-t-il l'imagerie des caméras de jour et de nuit

Introduction : Pourquoi une caméra doit-elle traiter la lumière infrarouge différemment ?

Une caméra de surveillance devrait produire une image d’apparence naturelle à la lumière du jour et rester utile après le coucher du soleil. Ces deux conditions de fonctionnement créent un défi facile à ignorer : le capteur d’image peut réagir à la lumière au-delà de la portée de la vision humaine.

De nombreux capteurs d’images sont sensibles au rayonnement proche infrarouge. Cela peut être utile lorsqu’une caméra est conçue pour un éclairage infrarouge, mais cela peut également affecter la reproduction des couleurs à la lumière du jour. Les matériaux qui ressemblent à l'œil humain peuvent réfléchir l'énergie infrarouge différemment, de sorte que le feuillage, les tissus, les tons chair et d'autres objets peuvent apparaître avec des couleurs inhabituelles si la lumière proche infrarouge atteint le capteur.

UnFiltre anti-IRest couramment utilisé pour contrôler cette énergie infrarouge indésirable. Dans une caméra jour/nuit, le filtre peut être déplacé dans ou hors du chemin optique en fonction des conditions d'éclairage. Le filtre est un petit composant, mais son comportement affecte l’ensemble du système d’imagerie.

Pour les fabricants d’appareils photo et les acheteurs d’optiques, le point important est que le filtre, l’objectif, le capteur et le mécanisme de commutation doivent être considérés ensemble. Choisir chaque composant indépendamment peut entraîner des changements de couleur, des changements de mise au point ou une qualité d'image incohérente.

Qu'est-ce qu'un filtre anti-IR

Un filtre anti-IR est un filtre optique conçu pour transmettre la lumière visible tout en réduisant la transmission dans une région infrarouge spécifiée. Les caractéristiques de coupure exactes dépendent de la conception du filtre et de la réponse prévue du capteur.

Dans une caméra couleur conventionnelle, le contrôle de l’énergie proche infrarouge aide le capteur à reproduire les couleurs de manière plus cohérente avec ce que les gens voient. Sans filtre anti-IR approprié, la sensibilité infrarouge peut influencer les canaux rouge, vert et bleu et créer des erreurs de couleur que le traitement de l'image risque de ne pas corriger complètement.

Un filtre fixe suffit souvent pour les caméras qui fonctionnent dans un mode d'éclairage défini. Une caméra jour/nuit peut toutefois utiliser un système de commutation. Pendant la journée, leFiltre anti-IRest placé devant le capteur pour prendre en charge une imagerie couleur plus précise. La nuit, il est éloigné afin que le capteur puisse recevoir davantage d'énergie proche infrarouge, souvent provenant de LED IR.

Cette conception de commutation est communément décrite comme un mécanisme ICR. Le mouvement mécanique peut être faible, mais la répétabilité de la position du filtre et la stabilité de l'ensemble optique sont importantes pour le résultat final.

Pourquoi la couleur diurne dépend du contrôle infrarouge

Le capteur d’une caméra ne voit pas le monde exactement comme le fait l’œil humain. Sa réponse spectrale peut s'étendre aux longueurs d'onde du proche infrarouge, en fonction de la construction du capteur et des filtres du module.

Lorsque l'énergie infrarouge atteint un capteur de couleur, elle peut influencer les valeurs mesurées des canaux. Un objet blanc exposé au soleil peut réfléchir l’énergie visible et infrarouge dans une proportion différente de celle d’un objet coloré. L'appareil photo peut donc enregistrer des couleurs qui ne semblent pas naturelles, même lorsque l'exposition et la balance des blancs semblent raisonnables.

Un filtre anti-IR correctement spécifié permet de limiter cet effet. Il prend en charge une reproduction des couleurs plus stable et facilite le traitement cohérent de la sortie de la caméra dans différentes scènes.

Cependant, un filtre anti-IR ne constitue pas une solution universelle de correction des couleurs. La transmission de l'objectif, la réponse spectrale du capteur, le type d'illuminant, le verre de protection et le traitement du signal d'image contribuent tous à la couleur finale. Si un projet a des exigences de couleur exigeantes, le module complet doit être évalué sous des sources de lumière du jour représentatives plutôt que de se fier uniquement à la valeur de coupure nominale du filtre.

Pourquoi l'imagerie nocturne nécessite un chemin optique différent

La nuit, une caméra peut s'appuyer sur des LED proche infrarouge pour éclairer la scène. Si leFiltre anti-IRreste en place, une grande partie de l’éclairage peut être rejetée avant qu’elle n’atteigne le capteur. Le retrait du filtre permet à une plus grande partie de cette énergie de traverser l'objectif et d'atteindre le capteur.

Cela ne signifie pas que toutes les caméras deviennent aussi efficaces la nuit une fois le filtre retiré. L'objectif doit transmettre les longueurs d'onde pertinentes du proche infrarouge, le capteur doit avoir une sensibilité appropriée et l'éclairage doit couvrir la scène requise.

Un objectif optimisé uniquement pour la lumière visible peut ne pas offrir la même mise au point ou la même qualité d'image en fonctionnement dans le proche infrarouge. Certains systèmes optiques présentent une différence de focalisation entre les longueurs d'onde visibles et proches de l'infrarouge. C'est pourquoi un objectif à correction IR peut être important dans les appareils photo qui ont besoin d'images utiles dans les deux modes.

Lorsque vous spécifiez un objectif de caméra jour/nuit, confirmez la plage de longueurs d'onde qui compte pour le projet. Ne présumez pas que l’expression « prend en charge l’IR » fournit suffisamment de détails techniques. Demandez la bande de fonctionnement prévue et les conditions dans lesquelles la mise au point et la qualité de l'image sont évaluées.

Le problème du changement de mise au point : la lumière visible et le proche infrarouge ne sont pas identiques

Différentes longueurs d'onde peuvent se concentrer à différentes positions car les matériaux optiques réfractent la lumière différemment sur tout le spectre. Ce comportement est connu sous le nom d'aberration chromatique. Dans une caméra qui passe de l'imagerie par lumière visible à l'imagerie nocturne assistée par infrarouge, une position de mise au point qui semble correcte pendant la journée peut ne pas rester idéale la nuit.

L'ampleur de l'effet dépend de la prescription optique, du choix du matériau, de l'ouverture, de la plage de longueurs d'onde et de la configuration du capteur. Cela peut être plus visible dans les applications qui nécessitent des détails fins ou utilisent une ouverture relativement grande.

Les concepteurs optiques peuvent gérer ce comportement en sélectionnant les matériaux appropriés et en équilibrant la conception optique sur la plage spectrale prévue. Une évaluation pratique doit inclure à la fois des images visibles et proches infrarouges, en utilisant les images réelles.Filtre anti-IRDisposition et capteur.

Pour les équipes d'approvisionnement, cela signifie qu'un objectif ne doit pas être approuvé uniquement à partir d'un échantillon d'image de jour si la caméra finale doit passer au fonctionnement infrarouge. Demandez des preuves des deux modes et vérifiez si le mécanisme de mise au point ou la conception de l'objectif est destiné à prendre en charge la plage de fonctionnement complète.

Fiabilité mécanique du mécanisme ICR

Le mécanisme de commutation de filtre introduit une exigence mécanique en plus de celle optique. Le filtre doit se déplacer dans la bonne position et y rester stable. Si le mécanisme est mal aligné, lent, bruyant ou incohérent, la caméra peut présenter des artefacts visibles ou ne pas fonctionner de manière fiable.

Le mécanisme fonctionne également à l’intérieur d’un boîtier de caméra compact, où l’espace disponible, la température, les vibrations et les cycles à long terme peuvent affecter la fiabilité. Une caméra utilisée à l’extérieur peut subir des transitions jour/nuit répétées et un large éventail de conditions environnementales.

Lors du développement du produit, les équipes doivent prendre en compte la durée de vie des commutations, la répétabilité de la position, la température de fonctionnement, l'exposition aux vibrations et l'interface mécanique entre le porte-filtre et le module de caméra. Le plan de test doit refléter le cycle de service attendu plutôt que seulement quelques démonstrations de commutation manuelle.

Les équipes optiques et mécaniques doivent également coordonner l’ouverture et la position claires du filtre. Un filtre techniquement adapté mais qui coupe partiellement le chemin optique peut réduire l’éclairage ou créer un comportement inégal de l’image.

Que doivent confirmer les acheteurs avant de sélectionner un objectif jour/nuit ?

Une demande de devis utile doit décrire le système de caméra et ses conditions de fonctionnement. Les informations suivantes aident un fournisseur de verres à évaluer le besoin :

Modèle de capteur, format, taille de pixel et réponse spectrale si disponible.

Si la caméra utilise un filtre anti-IR fixe ou un mécanisme ICR mobile.

Gammes de longueurs d'onde requises dans le visible et le proche infrarouge.

Distance focale de l'objectif, champ de vision, ouverture et enveloppe mécanique.

Si la caméra utilise des LED IR intégrées et la longueur d'onde d'éclairage approximative.

Comportement de mise au point requis en modes jour et nuit.

Température de fonctionnement et fréquence de commutation prévue.

Objectifs de qualité d’image, y compris les performances au centre et aux bords.

Il est également utile de fournir des exemples d’images ou de décrire la scène cible. Une caméra destinée à une entrée résidentielle peut avoir des priorités différentes d'une caméra de circulation ou d'un système de surveillance industriel.

Évitez de comparer les objectifs uniquement par distance focale et ouverture. Deux objectifs avec des spécifications similaires peuvent se comporter différemment lorsqu'ils sont associés à un capteur particulier et à une pile de filtres anti-IR.

Comment valider la caméra complète

Un plan de validation pratique doit inclure des scènes de couleur de jour, des scènes de faible luminosité et des scènes de nuit assistées par infrarouge. Capturez des cibles au centre et sur les bords de l'image et inspectez la netteté et le comportement des couleurs.

Pour le mode jour, vérifiez si les objets neutres semblent raisonnablement neutres et si les couleurs restent cohérentes sous l'éclairage prévu. Pour le mode nuit, inspectez la mise au point, le contraste, l’uniformité de l’éclairage et la quantité de détails utiles. Si la caméra change automatiquement, répétez la transition plusieurs fois et observez si l'image revient systématiquement au même état.

Les tests doivent utiliser la lentille finale,Filtre anti-IR, le capteur, la fenêtre de protection et le boîtier dans la mesure du possible. Changer l'un de ces composants après validation peut altérer le résultat. Ceci est particulièrement important lorsque la caméra est dotée d'un boîtier mécanique étanche ou de spécifications environnementales exigeantes.

Travailler avec Optique Boshi

Optique Boshidéveloppe et fabrique des produits optiques pour la surveillance de sécurité, l'électronique automobile, l'imagerie médicale et d'autres applications de caméras. Pour un projet de caméra jour/nuit, la discussion optique doit commencer par le capteur, la disposition du filtre anti-IR, les longueurs d'onde de fonctionnement, le champ de vision et les dimensions mécaniques.

Les clients peuvent consulter la gamme d'objectifs M12 de Boshi Optics ou discuter d'une exigence spécifique à une application via des produits optiques personnalisés. Le partage de la configuration complète de la caméra aide l'équipe Boshi Optics à évaluer si un objectif standard est adapté ou si une solution optique personnalisée doit être envisagée.

Conclusion : traitez le filtre anti-IR et l'objectif comme un seul système d'imagerie

Un filtre anti-IR n'est pas simplement un accessoire ajouté pour permettre à une caméra de basculer entre les images couleur et monochromes. Cela modifie l'énergie spectrale atteignant le capteur et affecte donc la couleur, la sensibilité et potentiellement le comportement de la mise au point.

Pour une imagerie jour/nuit fiable, spécifiez les plages de fonctionnement visible et infrarouge, vérifiez le comportement spectral de l'objectif et validez la caméra finale dans les deux modes avec le filtre anti-IR choisi. Le meilleur résultat vient du traitement de l’objectif, du filtre, du capteur, de l’éclairage et du mécanisme de commutation comme un seul système coordonné.