日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開一種日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統。所述日夜兩用攝像裝置包括光學系統，其包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片；所述光學系統的顏色修正率：Ｄ＞３４．１５，紅外感應率：Ｅ＞１．４５％，其中，所述Ｄ＝（Ｔｋｊ×Ｔｋｌ×ΔＣ）／（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×ΔＣＭＡＸ），所述Ｅ＝（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×Ｔｈｓ）；所述Ｔｋｊ為所述鏡頭對可見光的透光率，Ｔｋｌ為所述濾光片對可見光的透光率，Ｔｈｊ為所述鏡頭對８００－９００納米之間紅外平均透光率，Ｔｈｌ為所述濾光片對８００－９００納米之間紅外平均透光率，Ｔｈｓ為所述圖像傳感器對８００－９００納米紅外光的感應能力，ΔＣＭＡＸ為圖像傳感器中各個像素對８００－９００納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔＣ為ΔＣＭＡＸ中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。本實用新型專利技術可以實現日夜兩用攝像機拍攝效果較佳的技術效果。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統
本技術涉及視頻采集
，特別是涉及日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統。
技術介紹
現代數碼攝像機主要包括圖像傳感元件以及圖像處理芯片等。其中，對于圖像傳 感元件，又存在兩大技術主流，分別是電荷耦合器件(ChargeCoupled Device, CCD)與互補 金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor, CMOS)。 可見光的波長范圍是380-780納米，780納米以上的屬于紅外光部分，而CCD和 CMOS既能感應可見光，也能感應紅外光。當紅外光與可見光同時進入到CCD或者CMOS中被 其感應的時候，拍攝出來的圖像的色彩會與人眼看到的環境的色彩顏色不一致，即所謂的 偏色。這是因為紅外光對色彩還原進行了破壞。于是，人們為了在自然光下獲得更好色彩 還原，便使用濾光片設置于所述CCD或CMOS前面來過濾紅外光。但對于可同時應用于光亮 環境和暗環境的紅外攝像機而言，即需要滿足光亮環境下成像而盡量不偏色，又需要滿足 在黑暗的環境中有紅外燈光源情況下也可以看清楚被攝物體的要求，所以人們便讓850納 米波段的紅外光能通過濾光片，試圖滿足在光亮環境中的圖像色彩還原、又能滿足黑暗環 境中拍攝的要求。 對于這種紅外攝像機而言，目前市場上一般采用850納米波段的紅外濾光片。參 閱圖1，所述濾光片對紅外光的透光率基本上都在90%左右，以滿足暗環境下進行紅外拍 攝的基本光線要求。但是，即使僅讓紅外部分的850納米波段透過紅外光，但仍有相當部分 的紅外光進入CCD或CMOS以滿足暗環境下的拍攝要求，紅外攝像機依然會受到紅外光的影 響。因此，紅外攝像機在白天自然光下獲得色彩還原真實的圖像效果，就滿足不了夜晚黑暗 環境下看清被攝物體的要求；如果滿足了夜晚黑暗環境下看清楚被攝物體的要求，白天自 然光下獲得的圖像又出現偏色現象。 一般而言，現有紅外攝像機首先需要滿足夜晚黑暗環 境下看清楚被攝物體的要求，所以現有紅外攝像機基本上都存在一定的偏色問題。 于2008年5月21日公開的中國專利技術專利申請第200710124954. 3號描述了一種適宜全天候使用的攝錄機，其包括圖像傳感器及設于該圖像傳感器前方的濾光鏡，該濾光 鏡包括高通濾鏡和低通濾鏡，分別選擇過濾可見線或紅外光。所述專利申請主要是根據環 境光的變化來切換圖像傳感器前方的濾光鏡，以試圖兼顧可見光拍攝與紅外光拍攝。但是， 這種方法需要配置昂貴、復雜的濾光鏡切換系統，同時至少需要兩塊濾光鏡，材料、維護成 本較高且容易出現故障。
技術實現思路
為解決現有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝而導致白天 圖像偏色的技術缺陷，本技術提供一種日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統，可以 實現既能在白天自然光下獲得色彩還原較為真實的效果，在夜晚黑暗環境下也能清楚拍攝被攝物體的技術效果。 本技術為解決上述技術問題而提供一種日夜兩用攝像裝置，用于在白天模式 下和夜晚模式下進行攝像，包括光學系統，所述光學系統包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述 鏡頭和傳感器之間的濾光片；在所述白天模式下所述光學系統的顏色修正率D > 34. 15， 在夜晚模式下所述光學系統的紅外感應率E> 1.45X，其中，所述D = (TkjXTklX AC)/ (ThjXThlX ACMAX)，所述E = (Thj XThl XThs);所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光 率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透 光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，Ths為所述圖像傳感器對 800-900納米紅外光的感應能力，A CMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納 米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，AC為ACMAX中所述的兩種像素對可見光感 應能力之間的最大差距。 本技術為解決上述技術問題而提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的濾光片， 所述濾光片對800 900納米之間紅外平均透光率在5% 35%之間。 本技術為解決上述技術問題而提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的光學系 統，包括圖像傳感器，所述光學系統在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感 器感應到的能量比例大于34. 15，并且所述光學系統在夜晚模式下其紅外光在進入所述光 學系統前與進入所述光學系統后最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例為大于1. 45%。 本技術的有益效果是區別于現有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍 攝與白天拍攝而導致白天圖像偏色的情況，本技術通過對日夜兩用攝像機偏色原因進 行定性和定量分析，先設計在夜晚模式下光學系統的紅外感應率E > 1. 45%，保證暗環 境中能接收足夠的紅外光以進行正常的紅外拍攝，同時，研究得到在白天自然光拍攝情況 下實現基本無偏色現象時的顏色修正率，在滿足所述顏色修正率的條件下可以相對現有技 術大幅減少整個光學系統對850納米波段的透光率，實現減少紅外光對圖像色彩還原的破 壞，使攝像機在自然光下也能獲得色彩還原較佳的拍攝效果。 進一步地、大量地實驗與實踐表明，當濾光片的850納米波段透光率在5 % 35 % 之間的時候，即能滿足白天模式拍攝時圖像的色彩還原、又能滿足黑暗中在有850納米波 段紅外燈的補光光源環境下清楚被攝物體的要求。附圖說明 圖1是現有技術應用于日夜兩用攝像機的紅外濾光片的光譜示意圖； 圖2是太陽光照射到被攝物體上、被攝物體反射光線到攝像機的示意圖； 圖3是一天中可見光與波長800-900納米的近紅外光的相對輻射比的變化曲線示 意圖； 圖4是本技術應用于日夜兩用攝像裝置的紅外濾光片的光譜示意圖； 圖5是本技術應用于日夜兩用攝像裝置的圖像傳感器各像素的感應能力隨光譜變化的示意圖； 圖6是夜晚模式中攝像機進行紅外拍攝的示意圖； 圖7是輔助攝像機進行紅外拍攝的紅外燈的能量曲線圖； 圖8是本技術日夜兩用攝像裝置的結構示意圖。具體實施例本專利技術人經過研究發現，現有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天 拍攝而導致白天圖像偏色的根本原因，是白天拍攝時進入攝像機的自然光與紅外光比例過 低，更深層原因，是進入攝像機中的各種顏色紅外光比例失衡。以下，本專利技術人通過分別對 白天拍攝模式與夜晚拍攝模式下的光學成像過程進行深入研究，并找到解決現有技術問題 的方法 1.白天紅外光對攝像機拍攝中顏色的破壞 1)物體反射光 圖2是太陽光照射到被攝物體上、被攝物體反射光線到攝像機的示意圖。圖3是 一天中可見光與波長800-900納米的近紅外光的相對輻射比的變化曲線示意圖。本文中， 所稱的800-900納米的近紅外光、850納米波段紅外光都是方便描述本技術而舉的例 子，根據本技術精神，可以泛指任何適合應用的紅外光。 由于白天拍攝時段中紅外光對拍攝圖像顏色影響較大的時間是在太陽下山時，解 決此時間段的偏色問題最為關鍵，因此下面先分析此時段物體反射光中的可見光與紅外光 的能量比值。 其中，一天中太陽下山時的色溫大約在3000K-4000K左右。這時候的可見光的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種日夜兩用攝像裝置，用于在白天模式下和夜晚模式下進行攝像，包括：　　光學系統，所述光學系統包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片；　　其特征在于，　　在所述白天模式下所述光學系統的顏色修正率：Ｄ＞３４．１５，在夜晚模式下所述光學系統的紅外感應率：Ｅ＞１．４５％，　　其中，　　所述Ｄ＝（Ｔｋｊ×Ｔｋｌ×ΔＣ）／（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×ΔＣＭＡＸ），所述Ｅ＝（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×Ｔｈｓ）；　　所述Ｔｋｊ為所述鏡頭對可見光的透光率，Ｔｋｌ為所述濾光片對可見光的透光率，Ｔｈｊ為所述鏡頭對８００－９００納米之間紅外平均透光率，Ｔｈｌ為所述濾光片對８００－９００納米之間紅外平均透光率，Ｔｈｓ為所述圖像傳感器對８００－９００納米紅外光的感應能力，ΔＣＭＡＸ為所述圖像傳感器中ＲＧＢ各個像素對８００－９００納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔＣ為ΔＣＭＡＸ中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張日和，陳冠波，
申請(專利權)人：張日和，張光輝，先河系統有限公司，
類型：實用新型
國別省市：94[中國|深圳]