浅谈IR CUT----滤光片切换装置

　　太阳光是由多种波长的光线组成，用三棱镜折射后.人眼能看到不同颜色的光线。还有许多光线是人眼看不到的，人眼识别光线的波长范围在320nm-760nm之间，超过760nm的光线，人眼就无法看到，比如红外线、紫外线等光源。

　　由于安全的需要，人类发明了监控摄像机。摄像机的光偶合芯片CCD或CMOS上是一颗颗的感光体(CELL)构成。理论上讲摄像机可以看到绝大部分波长的光线，但在摄像机的使用过程中会出现一个问题。由于各种光线的参杂，它们互相干扰到邻近感光体，光偶合芯片CCD或CMOS将获取的光线变成电信号，处理后在监视器上形成色彩失真的图像。而摄像机看到的物体反映到监视器上的图像(因为人眼无法看到，比如红外线、紫外线等光源)，与人眼直接看到的不一样，它可能将绿色显示为蓝色，也会使图像背景颜色改变等，为了解决色彩失真问题。一般是在CCD或CMOS前贴上一片低通滤光片，该滤光片却阻碍了红外线的进出，因此做到了白天色彩不失真，但在夜间就没有了夜视功能。(还有一种方法就是我们感红外摄像机所采用的，同时让红外光也进去，虽然解决了夜视功能，但还是会偏色)为了进一步解决这样的问题，人们设计了一种机械装置-------滤光片切换装置，也叫IR-CUT。此装置内有两个不同的滤光片-------低通滤光片和高通滤光片，并根据需要将其中一个移动到镜头与成像芯片之间的窗口处，使白天的图像色彩不失真，并且夜间仍有良好的夜视功能。也就是说.IR-CUT可以通过对滤光片的切换，在白天只允许760NM或780NM以下波长的光线进入，阻止了杂光的干扰，使图像色彩不失真。晚上就让760NM以上的红外线也进入，使摄像机又有了夜视功能，因此摄像机安装了IR-CUT后，不论在白天还是在夜晚，它都能有最佳的图像效果。

　　由于IR-CUT提高并完善了摄像机的日夜性能，大大拓宽了监控领域的使用范畴。使红外摄像机得到了更广泛的应用。

　　我公司所生产的多种红外摄像机，可以根据市场及客户的要求安装新一代新型结构的IR-CUT.它最大的特点在于：

　　一.同步功能:

　　红外提前开启时，耗电增加，同时增加了热量的产生。红外灯延迟开启时，会产生黑屏或图像不清晰等异常现象。该新技术产品能控制摄像机，红外光源、滤光片、摄像机彩转黑同步切换。

　　二.. 稳定性具有自动定位和防抖动功能:

　　1.光线在零界点时，不会产生闪烁。

　　2.快速切换一步到位，不会中途因阻力卡住而停顿，产生滤光片偏位。

　　3.不会因云台旋转，停止等变化或振动时，由于惯性或外力影响而产生滤光片位移。

　　4.不会在高速切换时，因碰撞而反弹，造成滤光片位置定位不准确。

　　三…图像色彩鲜艳还原功能:

　　1.水晶滤光片能最大限度地解决伪彩，色飘等问题。

　　2.在水晶上增加AR-COOTRMG重度膜，可达到98%光线的穿透性。

　　3.白天切换到水晶滤光片状态，能很好地感应可见光线，阻止红外线及别的杂光的干扰，使色彩鲜艳逼真。

　　4.夜晚切换到、镀有通透膜的滤光片，可达到100%光线的穿透性。摄像机感应红外线光更多，而且绝大部分波长的光源都可以通过，摄像机同时彩转黑。所以红外距离会更远，图像更明亮更清晰。

　　与市面上的IR-CUT比较

　　市面上的

　　JXJ

　　工作电压

　　DC12V

　　DC12V

　　直流电阻

　　13.7R±5%

　　44.5R±5%

　　操作温度

　　-10摄氏度To+50摄氏度

　　-10摄氏度To+100摄氏度

　　滤光片尺寸

　　8.5mm×8.5mm×0.55mm

　　额定电流

　　特性

　　1、持续供电;(与摄像机一起供电)

　　2、线圈和滤光片在一起移动;(引线易拆段﹑易卡死滤光片移动)

　　4、振动引起滤光片移动，

　　致使滤光片切换混乱;

　　1、瞬间供电;(一天工作时间4秒)

　　2、滤光片与线圈固定，通过改变线圈中直电流的方向实现滤光片的自动切换;

　　2、上电复位自检;

　　3、具有防抖动功能;

　　5、CPU精密控制(5LUX切换到白天，3LUX切换到晚上);

　　6、红外灯控制一体化。

　　随着近年来数字信号处理技术的迅速发展，以及软件算法、设计工艺上的不断成熟，宽动态摄像机的应用也逐渐普及。宽动态范围技术在摄像机系统中的运用，使黑暗区域可以变得明亮一些，使明亮区域变的更加柔和，改变了视觉效果，提供了有用的可识别的图像。

　　随着监控系统的日渐普及，摄像机被广泛应用在各个领域，为社会治安保驾护航。每个应用领域的不同，造就了不同类型的摄像机。据了解，摄像机有道路监控摄像机、红外防水摄像机、超低照度星光级摄像机、夜视一体化系列、烟感型摄像机、针孔型摄像机、飞碟型摄像机系列、枪式摄像机、一体化摄像机、半球摄像机、高速球型摄像机等多种类别。

　　以银行金融领域为例，普遍采用分辨率高、CCD高的摄像机，该领域对摄像机的要求十分的苛刻。一般的监控系统是由摄像、传输、控制、显示、录像五大部分组成。摄像机通过同轴视频电缆将视频图像传输到控制主机，控制主机再将视频信号分配到各监视器及录像设备，同时可将需要传输的语音信号同步录入到录像机内。通过控制主机，操作人员可发出指令，对云台的上、下、左、右的动作进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作，并可通过控制主机实现在多路摄像机及云台之间的切换。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。加装时间发生器，将时间显示叠加到图像中。摄像机成为五大组成部分的首要环节，它关系着整套监控系统的成与败，成为重中之重的一部分。

　　宽动态摄像机产生的背景

　　我们知道，在拍摄过程中，普遍存在被拍摄的主体目标后面有非常亮的背景或一个亮点光源的情况。因为传统普通摄像机对单一图像中最亮和最暗部分的平衡调整能力非常有限，一般是将摄取进来所有光线的平均值为基准，并决定曝光的等级，这并不是一个好方法。因此，在一些明暗反差较强烈的场合，传统摄像机的表现就不尽如意。为了克服这个问题，一种称为背光补偿(BLC)的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上，但是在某些情况下仍然得不到清晰的图像。与此同时，众多生产厂家也在寻找新的可行的解决途径，于是通过技术手段使摄像机具备良好的宽动态功能(Wide-dynamic)，并逐渐成为广大摄像机生产厂商们关注的焦点。

　　还记得笔者在进行金融机构摄像机专题的采访时，PELCO市场部负责人就向笔者介绍到宽动态范围技术的一些情况。就以金融机构的应用领域为参照物，安装在门口的摄像机获取的图像由于受到光线的影响，一部分图像在光线充足的室外，另一部分为光线较暗的室内大厅，在一副图像中光线明暗对比强烈，室外的图像因为过分曝光，室内的图像因曝光不足无法获取图像信息。我们还可以在其他生产宽动态摄像机的厂商宣传广告中发现，大家普遍选用的一组图片都存在室内和室外，由于门口的阻隔，光线方面出现了两种境界。这是没有采用宽动态技术的普遍现象。我们知道，背光补偿和宽动态功能，虽然都是努力消除一张图像中明暗反差强烈的细节的模糊现象，使最终得到的图像能够清晰的反应出明亮区域和黑暗区域的画面，但是这两种功能的技术实现手段却是截然不同的。那么，什么是宽动态功能呢?

　　何谓超宽动态功能

　　宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。

　　当在强光源(日光、灯具或反光等)照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。

　　广义上的“动态范围”是指某一变化的事物其可能改变的跨度，即其变化值的最低端极点到最高端几点之间的区域。此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。这是一个应用非常广泛的概念。在谈及摄像机产品的拍摄图像指标时，一般的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力，具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。

　　宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10,000Lux，对比就是10,000/100=100:1。这个对比使人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度。然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题，传统摄像机只有3:1的对比性能，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除(全黑)。

　　宽动态摄像机的市场应用现状

　　宽动态范围技术在摄像机系统中的运用，使黑暗区域可以变得明亮一些，使场景中明亮区域变的更加柔和，改变了视觉效果，提供出有用的可识别的图像。不仅扩大了动态范围，而且提高了智能化处理水平。所以，它被誉为"真实再现景物并能自己进行思考的摄像机"。超级动态系列监控摄像机采用了新的带有自然对比度校正功能的DSP(数字信号处理功能)系统，能够使高对比度图像达到最佳效果，确保不受目标物体地域、位置、形状和大小等因素的影响，完全能够真实地再现画面。

　　据美国**公司的总裁**先生介绍，美国**公司在斯坦福大学20世纪90年代技术发展基础上研发了一种新型的图像拾取系统，此系统可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图片。宽动态功能划时代地提升了一副图像中亮和暗区域地影像拍摄效果，可以达到比CCD更真实更清晰的图像。在动态范围上，DPS采用的单一像素曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，采用DPS技术的摄像机的动态范围可到达95dB，最高可至120dB。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，完全能够满足不同条件下不同客户的要求。美国**公司开发的超宽动态彩色摄像机，拥有流线型、紧固的外观设计，银灰色的外壳看上去有很好的金属质感。这款摄像机在数字图像传感器里每一个像素中都使用了一个模拟数字转换器(ADC)，在捕捉到光信号时直接转化为数字信号，最大程度上降低了信号在排列中的衰减和干扰。配合宽动态感光器件，摄像机内置了可对每个像素点进行亮度调节的数字信号处理芯片，不仅前景被摄体，而且光线明亮的背景被摄体部分都可得到清晰的图像细节。因此拍摄既有明亮部分的高反差的场景时，能得到近似于人类视觉所能感受到的清晰的影像。

　　市场前景繁花似锦

　　随着使用环境的迅速扩大和使用者日益多元化的要求，摄像机的技术和分类也发生了巨大变化。各生产厂商始终致力于提高摄像机的新技术，使其能够最大程度的满足应用要求。其中宽动态摄像机是非常重要的一个分支，在一定程度上也体现了一个摄像机生产厂商的技术发展实力和发展方向。

　　我们知道摄像机的核心是CCD，目前国内没有CCD和生产能力，主要集中在日本和韩国。由于CCD在生产过程中分不同等级和和生产商获得的途径不同，造成CCD的采集效果也不同。一个简单的检测方法，就是将摄像机通电，不接镜头，用手遮住镜头接口，看图像有没有亮点，雪花大不大，然后接上镜头，将摄像机对准一个色彩鲜明的物体，查看监视器的颜色是否有偏色，图像有无扭曲现象，色彩和灰度是否平滑。

　　全球各大主要摄像机生产厂商也相应推出了带有自己宽动态技术的摄像机。一时之间，宽动态技术在这几年飞速发展，摄像机的动态范围也在不断扩大，也出现了以双速CCD+DSP、普通CCD+双速快门等技术。现在的宽动态摄像机一般都采用了专用的DSP电路。它首先对明亮区域的被摄物体用最合适的快门速度进行曝光，然后再对阴暗区域的被摄物体用最适合的快门速度进行曝光，最后将两个图像用DSP数字信号处理，将捕捉到的两幅图像重新组合在一张图像上，使其扩大了可能处理的动态范围，使得明亮区域的被摄物体和阴暗区域的被摄物体都可以看得很清楚。