ฟิลเตอร์ IR-Cut ส่งผลต่อการถ่ายภาพทั้งกลางวันและกลางคืนอย่างไร

บทนำ: เหตุใดกล้องจึงต้องรักษาแสงอินฟราเรดแตกต่างออกไป

กล้องวงจรปิดคาดว่าจะให้ภาพที่ดูเป็นธรรมชาติในเวลากลางวันและยังคงมีประโยชน์หลังจากพระอาทิตย์ตกดิน สภาพการทำงานทั้งสองนี้สร้างความท้าทายที่มองข้ามได้ง่าย: เซ็นเซอร์ภาพอาจตอบสนองต่อแสงที่อยู่นอกเหนือขอบเขตการมองเห็นของมนุษย์

เซนเซอร์ภาพจำนวนมากมีความไวต่อรังสีอินฟราเรดใกล้ วิธีนี้จะมีประโยชน์เมื่อกล้องได้รับการออกแบบมาให้มีแสงอินฟราเรด แต่ก็อาจส่งผลต่อการสร้างสีในเวลากลางวันได้เช่นกัน วัสดุที่มีลักษณะคล้ายกับดวงตาของมนุษย์อาจสะท้อนพลังงานอินฟราเรดแตกต่างกัน ดังนั้นใบไม้ ผ้า สีผิว และวัตถุอื่นๆ จึงสามารถปรากฏเป็นสีที่ผิดปกติได้หากแสงใกล้อินฟราเรดส่องถึงเซ็นเซอร์

หนึ่งฟิลเตอร์ตัด IRมักใช้เพื่อควบคุมพลังงานอินฟราเรดที่ไม่พึงประสงค์นี้ ในกล้องกลางวัน/กลางคืน ฟิลเตอร์อาจถูกย้ายเข้าหรือออกจากเส้นทางออปติคอล ขึ้นอยู่กับสภาพแสง ฟิลเตอร์เป็นส่วนประกอบขนาดเล็ก แต่พฤติกรรมของมันส่งผลต่อระบบสร้างภาพที่สมบูรณ์

สำหรับผู้ผลิตกล้องและผู้ซื้อเลนส์ จุดสำคัญคือควรพิจารณาฟิลเตอร์ เลนส์ เซ็นเซอร์ และกลไกการสลับสัญญาณร่วมกัน การเลือกแต่ละองค์ประกอบแยกจากกันอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสี การเปลี่ยนโฟกัส หรือคุณภาพของภาพที่ไม่สอดคล้องกัน

ฟิลเตอร์ IR Cut คืออะไร

ฟิลเตอร์ตัด IR เป็นฟิลเตอร์แสงที่ออกแบบมาเพื่อส่งแสงที่มองเห็นในขณะที่ลดการส่งผ่านในบริเวณอินฟราเรดที่ระบุ คุณลักษณะการตัดที่แน่นอนขึ้นอยู่กับการออกแบบตัวกรองและการตอบสนองของเซ็นเซอร์ที่ต้องการ

ในกล้องถ่ายภาพสีทั่วไป การควบคุมพลังงานใกล้อินฟราเรดช่วยให้เซ็นเซอร์สร้างสีที่สอดคล้องกับสิ่งที่ผู้คนมองเห็นได้สม่ำเสมอมากขึ้น หากไม่มีฟิลเตอร์ตัด IR ที่เหมาะสม ความไวของอินฟราเรดอาจส่งผลต่อช่องสีแดง เขียว และน้ำเงิน และสร้างข้อผิดพลาดของสีที่การประมวลผลภาพอาจแก้ไขได้ไม่เต็มที่

ฟิลเตอร์แบบตายตัวมักจะเพียงพอสำหรับกล้องที่ทำงานในโหมดแสงที่กำหนดไว้โหมดเดียว อย่างไรก็ตาม กล้องกลางวัน/กลางคืนอาจใช้การสลับการจัดเรียง ในระหว่างวันฟิลเตอร์ตัด IRวางอยู่ด้านหน้าเซนเซอร์เพื่อรองรับการถ่ายภาพสีที่แม่นยำยิ่งขึ้น ในเวลากลางคืน เซ็นเซอร์จะถูกย้ายออกไปเพื่อให้เซ็นเซอร์สามารถรับพลังงานใกล้อินฟราเรดได้มากขึ้น ซึ่งมักจะมาจากไฟ LED IR

การออกแบบสวิตช์นี้มักอธิบายไว้ว่าเป็นกลไก ICR การเคลื่อนไหวทางกลอาจมีเพียงเล็กน้อย แต่ความสามารถในการทำซ้ำของตำแหน่งตัวกรองและความเสถียรของชุดประกอบออปติคัลมีความสำคัญต่อผลลัพธ์สุดท้าย

เหตุใดสีในเวลากลางวันจึงขึ้นอยู่กับการควบคุมด้วยอินฟราเรด

เซ็นเซอร์กล้องไม่ได้มองเห็นโลกเหมือนกับที่ตามนุษย์มองเห็น การตอบสนองทางสเปกตรัมสามารถขยายไปสู่ความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของเซนเซอร์และตัวกรองใดๆ ในโมดูล

เมื่อพลังงานอินฟราเรดไปถึงเซนเซอร์สี อาจส่งผลต่อค่าช่องสัญญาณที่วัดได้ วัตถุสีขาวภายใต้แสงแดดอาจสะท้อนพลังงานที่มองเห็นและพลังงานอินฟราเรดในสัดส่วนที่แตกต่างจากวัตถุที่มีสี กล้องจึงสามารถบันทึกสีที่ดูไม่เป็นธรรมชาติได้ แม้ว่าค่าแสงและสมดุลสีขาวจะดูสมเหตุสมผลก็ตาม

ฟิลเตอร์ตัด IR ที่ระบุอย่างถูกต้องจะช่วยจำกัดผลกระทบนี้ รองรับการสร้างสีที่เสถียรยิ่งขึ้น และทำให้เอาต์พุตของกล้องง่ายต่อการประมวลผลอย่างสม่ำเสมอในฉากต่างๆ

อย่างไรก็ตาม ฟิลเตอร์ตัด IR ไม่ใช่โซลูชันการแก้ไขสีแบบสากล การส่งผ่านเลนส์ การตอบสนองสเปกตรัมของเซนเซอร์ ประเภทการส่องสว่าง กระจกครอบ และการประมวลผลสัญญาณภาพ ล้วนมีส่วนทำให้เกิดสีขั้นสุดท้าย หากโครงการมีความต้องการสีที่ต้องการ โมดูลที่สมบูรณ์ควรได้รับการประเมินภายใต้แหล่งกำเนิดแสงกลางวันที่เป็นตัวแทน แทนที่จะอาศัยค่าจุดตัดที่ระบุของตัวกรองเพียงอย่างเดียว

เหตุใดการถ่ายภาพกลางคืนจึงต้องมีเส้นทางแสงที่แตกต่างออกไป

ในเวลากลางคืน กล้องอาจใช้ไฟ LED ใกล้อินฟราเรดเพื่อให้แสงสว่างแก่ฉาก ถ้าฟิลเตอร์ตัด IRยังคงอยู่ที่เดิม แสงส่วนใหญ่อาจถูกปฏิเสธก่อนที่จะถึงเซ็นเซอร์ การถอดฟิลเตอร์ออกจะทำให้พลังงานนั้นผ่านเลนส์และไปถึงเซ็นเซอร์ได้มากขึ้น

นี่ไม่ได้หมายความว่ากล้องทุกตัวจะมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันในตอนกลางคืนเมื่อถอดฟิลเตอร์ออก เลนส์จะต้องส่งความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรดที่เกี่ยวข้อง เซ็นเซอร์จะต้องมีความไวที่เหมาะสม และแสงสว่างจะต้องครอบคลุมฉากที่ต้องการ

เลนส์ที่ปรับให้เหมาะกับแสงที่มองเห็นเท่านั้นอาจไม่ให้โฟกัสหรือคุณภาพของภาพเท่ากันในการทำงานในช่วงใกล้อินฟราเรด ระบบออพติคัลบางระบบแสดงความแตกต่างของโฟกัสระหว่างความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรด นี่คือเหตุผลว่าทำไมเลนส์ที่ได้รับการแก้ไขด้วย IR จึงมีความสำคัญในกล้องที่ต้องการภาพที่เป็นประโยชน์ในทั้งสองโหมด

เมื่อระบุเลนส์กล้องกลางวัน/กลางคืน ให้ยืนยันช่วงความยาวคลื่นที่สำคัญต่อโปรเจ็กต์ อย่าคิดว่าวลี "รองรับ IR" จะให้รายละเอียดทางเทคนิคที่เพียงพอ สอบถามช่วงการใช้งานที่ต้องการและเงื่อนไขในการประเมินโฟกัสและคุณภาพของภาพ

ปัญหาการเปลี่ยนโฟกัส: แสงที่มองเห็นและอินฟราเรดใกล้ไม่เหมือนกัน

ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามารถโฟกัสไปที่ตำแหน่งที่แตกต่างกันได้ เนื่องจากวัสดุเชิงแสงหักเหแสงที่แตกต่างกันไปตามสเปกตรัม พฤติกรรมนี้เรียกว่าความคลาดเคลื่อนสี ในกล้องที่เปลี่ยนจากการถ่ายภาพด้วยแสงที่มองเห็นเป็นการถ่ายภาพกลางคืนโดยใช้อินฟราเรดช่วย ตำแหน่งโฟกัสที่ดูถูกต้องในระหว่างวันอาจไม่คงอยู่ในอุดมคติในเวลากลางคืน

ขนาดของเอฟเฟกต์ขึ้นอยู่กับการสั่งจ่ายแสง การเลือกวัสดุ รูรับแสง ช่วงความยาวคลื่น และการกำหนดค่าเซ็นเซอร์ อาจสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในการใช้งานที่ต้องการรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ หรือใช้รูรับแสงที่ค่อนข้างใหญ่

นักออกแบบด้านการมองเห็นสามารถจัดการพฤติกรรมนี้ได้โดยการเลือกวัสดุที่เหมาะสมและปรับสมดุลการออกแบบด้านการมองเห็นตลอดช่วงสเปกตรัมที่ต้องการ การประเมินภาคปฏิบัติควรรวมทั้งภาพที่มองเห็นได้และภาพอินฟราเรดใกล้โดยใช้ภาพจริงฟิลเตอร์ตัด IRการจัดเรียงและเซ็นเซอร์

สำหรับทีมจัดซื้อ ซึ่งหมายความว่าเลนส์ไม่ควรได้รับการอนุมัติจากตัวอย่างภาพในเวลากลางวันเพียงอย่างเดียว หากคาดว่ากล้องขั้นสุดท้ายจะเปลี่ยนไปใช้การทำงานของอินฟราเรด ขอหลักฐานจากทั้งสองโหมดและตรวจสอบว่ากลไกการโฟกัสหรือการออกแบบเลนส์มีจุดมุ่งหมายเพื่อรองรับช่วงการทำงานเต็มรูปแบบหรือไม่

ความน่าเชื่อถือทางกลของกลไก ICR

กลไกการสลับตัวกรองทำให้เกิดข้อกำหนดทางกลนอกเหนือจากข้อกำหนดแบบออปติคอล ตัวกรองจำเป็นต้องย้ายไปยังตำแหน่งที่ถูกต้องและคงที่อยู่ที่นั่น หากกลไกไม่สอดคล้องกัน ช้า มีเสียงดัง หรือไม่สอดคล้องกัน กล้องอาจแสดงสิ่งผิดปกติที่มองเห็นได้หรือไม่สามารถสลับได้อย่างน่าเชื่อถือ

กลไกนี้ยังทำงานภายในตัวกล้องคอมแพ็ค ซึ่งพื้นที่ว่าง อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน และการหมุนเวียนในระยะยาวอาจส่งผลต่อความน่าเชื่อถือ กล้องที่ใช้กลางแจ้งสามารถพบกับการเปลี่ยนแปลงทั้งกลางวันและกลางคืนซ้ำๆ และสภาวะแวดล้อมที่หลากหลาย

ในระหว่างการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ทีมงานควรพิจารณาถึงอายุการใช้งานของการเปลี่ยน ตำแหน่งที่ทำซ้ำได้ อุณหภูมิในการทำงาน การสัมผัสการสั่นสะเทือน และการเชื่อมต่อทางกลไกระหว่างตัวยึดฟิลเตอร์และโมดูลกล้อง แผนการทดสอบควรสะท้อนถึงรอบการทำงานที่คาดไว้ มากกว่าการสาธิตการเปลี่ยนด้วยตนเองเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ทีมงานด้านการมองเห็นและกลไกควรประสานงานกับรูรับแสงและตำแหน่งของฟิลเตอร์ที่ชัดเจน ฟิลเตอร์ที่เหมาะสมทางเทคนิคแต่คลิปบางส่วนในเส้นทางแสงสามารถลดความสว่างหรือสร้างพฤติกรรมของภาพที่ไม่สม่ำเสมอ

ผู้ซื้อควรยืนยันอะไรบ้างก่อนเลือกเลนส์กลางวัน/กลางคืน

การขอใบเสนอราคาที่เป็นประโยชน์ควรอธิบายถึงระบบกล้องและสภาวะการทำงานของระบบ ข้อมูลต่อไปนี้ช่วยให้ซัพพลายเออร์เลนส์ประเมินข้อกำหนดได้:

รุ่นเซ็นเซอร์ รูปแบบ ขนาดพิกเซล และการตอบสนองทางสเปกตรัม หากมี

ไม่ว่ากล้องจะใช้ฟิลเตอร์ตัด IR แบบคงที่หรือกลไก ICR แบบเคลื่อนย้ายได้

ช่วงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และช่วงอินฟราเรดใกล้ที่ต้องการ

ทางยาวโฟกัสของเลนส์ ขอบเขตการมองเห็น รูรับแสง และขอบเขตทางกล

ไม่ว่ากล้องจะใช้ไฟ LED IR ในตัวและความยาวคลื่นการส่องสว่างโดยประมาณหรือไม่

ลักษณะการโฟกัสที่จำเป็นในโหมดกลางวันและกลางคืน

อุณหภูมิในการทำงานและความถี่ในการสลับที่คาดหวัง

เป้าหมายคุณภาพของภาพ รวมถึงประสิทธิภาพตรงกลางและขอบ

นอกจากนี้ยังเป็นประโยชน์ในการจัดเตรียมภาพตัวอย่างหรืออธิบายฉากเป้าหมายอีกด้วย กล้องที่มีไว้สำหรับทางเข้าที่อยู่อาศัยอาจมีลำดับความสำคัญที่แตกต่างจากกล้องจราจรหรือระบบตรวจสอบทางอุตสาหกรรม

หลีกเลี่ยงการเปรียบเทียบเลนส์ด้วยทางยาวโฟกัสและรูรับแสงเท่านั้น เลนส์สองตัวที่มีคุณสมบัติพาดหัวคล้ายกันสามารถทำงานได้แตกต่างกันเมื่อจับคู่กับเซ็นเซอร์เฉพาะและชุดฟิลเตอร์ตัด IR

วิธีตรวจสอบกล้องที่สมบูรณ์

แผนการตรวจสอบในทางปฏิบัติควรประกอบด้วยฉากสีในเวลากลางวัน ฉากที่มีแสงน้อย และฉากกลางคืนที่ได้รับความช่วยเหลือจากอินฟราเรด จับเป้าหมายที่กึ่งกลางและขอบของภาพ และตรวจสอบทั้งความคมชัดและลักษณะสี

สำหรับโหมดกลางวัน ให้ตรวจสอบว่าวัตถุที่เป็นกลางปรากฏเป็นกลางอย่างสมเหตุสมผลหรือไม่ และสียังคงสม่ำเสมอภายใต้แสงที่ต้องการหรือไม่ สำหรับโหมดกลางคืน ให้ตรวจสอบโฟกัส คอนทราสต์ ความสม่ำเสมอของแสง และจำนวนรายละเอียดที่เป็นประโยชน์ หากกล้องสลับโดยอัตโนมัติ ให้ทำซ้ำการเปลี่ยนแปลงหลายๆ ครั้ง และสังเกตว่าภาพกลับสู่สถานะเดิมอย่างสม่ำเสมอหรือไม่

การทดสอบควรใช้เลนส์สุดท้ายฟิลเตอร์ตัด IRเซ็นเซอร์ ฝาครอบหน้าต่าง และตัวเครื่อง หากเป็นไปได้ การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอย่างใดอย่างหนึ่งเหล่านี้หลังจากการตรวจสอบความถูกต้องสามารถเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ได้ สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งเมื่อกล้องมีกลไกที่แน่นหนาหรือมีข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด

ร่วมงานกับ โบชิ ออพติกส์

โบชิ ออพติกส์พัฒนาและผลิตผลิตภัณฑ์ด้านการมองเห็นสำหรับการเฝ้าระวังความปลอดภัย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ การสร้างภาพทางการแพทย์ และการใช้งานกล้องอื่นๆ สำหรับโปรเจ็กต์กล้องกลางวัน/กลางคืน การอภิปรายด้วยแสงควรเริ่มต้นด้วยเซ็นเซอร์ การจัดเรียงฟิลเตอร์ตัด IR ความยาวคลื่นในการทำงาน ขอบเขตการมองเห็น และขนาดทางกล

ลูกค้าสามารถตรวจสอบกลุ่มเลนส์ M12 ของ Boshi Optics หรือหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะการใช้งานผ่านผลิตภัณฑ์ด้านการมองเห็นที่ปรับแต่งเอง การแบ่งปันการกำหนดค่ากล้องที่สมบูรณ์ช่วยให้ทีมงาน Boshi Optics ประเมินว่าเลนส์มาตรฐานเหมาะสมหรือไม่ หรือควรพิจารณาโซลูชันด้านแสงที่ปรับแต่งเองหรือไม่

สรุป: ถือว่า IR Cut Filter และเลนส์เป็นระบบภาพเดียว

ฟิลเตอร์ตัด IR ไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์เสริมที่เพิ่มเข้ามาเพื่อทำให้กล้องสลับระหว่างภาพสีและภาพขาวดำ โดยจะเปลี่ยนพลังงานสเปกตรัมที่ไปถึงเซนเซอร์ และส่งผลต่อสี ความไว และพฤติกรรมการโฟกัสที่อาจเกิดขึ้น

เพื่อการถ่ายภาพกลางวัน/กลางคืนที่เชื่อถือได้ ให้ระบุช่วงการทำงานที่มองเห็นได้และอินฟราเรด ตรวจสอบลักษณะสเปกตรัมของเลนส์ และตรวจสอบความถูกต้องของกล้องขั้นสุดท้ายในทั้งสองโหมดด้วยฟิลเตอร์ตัด IR ที่เลือก ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดมาจากการปฏิบัติต่อเลนส์ ฟิลเตอร์ เซ็นเซอร์ ไฟส่องสว่าง และกลไกการสลับเป็นระบบที่ประสานกันเป็นหนึ่งเดียว