濾光片在攝像頭中的原理

1、濾光片在攝像頭中的原理濾光片在攝像頭中的原理一、光的特性光是由一種稱(chēng)為光子的基本粒子組成，具有粒子性與波動(dòng)性，或稱(chēng)為波粒二象性。它的物理特性有直進(jìn)性、反射、折射、干h、衍射、偏振及光電效應(yīng)等等。光又是能量的一種傳播方式。光源之所以發(fā)出光，是因?yàn)楣庠粗性拥倪\(yùn)動(dòng)，包括熱運(yùn)動(dòng)、躍遷輻射、受激輻射三種，前者為生活中最常見(jiàn)的，如燈光和火焰，后者多應(yīng)用于激光。在光的產(chǎn)生過(guò)程中，因?yàn)檐S遷能級(jí)的不同，釋放出不同頻率的光子（愛(ài)因斯坦能量方程），即產(chǎn)生電

2、磁波輻射，其波長(zhǎng)范圍為1nm(1nm=109m)至1mm(1mm=103m)，根據(jù)波長(zhǎng)不同，可以把光分成γ射線區(qū)、X射線區(qū)、紫外光區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)、紅外光區(qū)、微波區(qū)、無(wú)線電波區(qū)等幾個(gè)部分。按紅外射線的波長(zhǎng)范圍，可粗略地分為近紅外光譜（波段為780nm2526nm）、中紅外光譜（波段為2526nm4000nm）和遠(yuǎn)紅外光譜（波段為5000nm14um），可見(jiàn)光通常指波長(zhǎng)范圍為:390nm780nm的電磁波。但人眼實(shí)際可見(jiàn)范圍是:312nm10

3、50nm。而可見(jiàn)光區(qū)不同頻率的光會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，依次為紅:605nm700nm橙:595605黃:580595綠:500560青:480nm490nm藍(lán):435nm480nm紫:400435。白光為所有這些光譜的綜合。如果用棱鏡折射白光，就能夠觀察到上述可見(jiàn)光光譜，我們將復(fù)色光（如白光）被色散系統(tǒng)（如棱鏡）分類(lèi)后，按波長(zhǎng)的大小依次排到的圖案稱(chēng)為光譜。光沿直線傳播，也就是說(shuō)，光是直線運(yùn)動(dòng)的，也不需要任何介質(zhì)，但在其他物體的重力場(chǎng)的影響下

4、，光的傳播路徑會(huì)發(fā)生偏折。光線遇另一介質(zhì)反射的情況是指入射光返回原介質(zhì)的情形，反射定律可按下列三原則來(lái)解釋?zhuān)喝肷渚€、反射線與法線在同一平面上。入射線與反射線在法線的兩側(cè)。入射角等于反射角：∠θi=∠θr光從不同密度的介質(zhì)穿過(guò)時(shí)發(fā)生的偏折現(xiàn)象稱(chēng)為折射，不同介質(zhì)可以出現(xiàn)不同的折射角，由該介質(zhì)的折射率n=sim∠θ1usim∠θ2來(lái)決定，并遵從斯涅爾定律:n1sim∠θ1=n2sim∠θ2。物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為稱(chēng)為光電效應(yīng)，也就

5、是一種光游離作用（光子將電子撞出原子，使之游離的過(guò)程）。正是由于光具有光電效應(yīng)，科學(xué)家因此發(fā)明了光偶合成像技術(shù)，包括CCD：全稱(chēng)geCoupledDevice即電荷耦合器件的縮寫(xiě)，它是一種特殊半導(dǎo)體器件，上面有很多一樣的感光元件，每個(gè)感光元件叫一個(gè)像素；和CMOS：全稱(chēng)ComplementaryMetalOxideSemiconduct，即互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。它們被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼照相機(jī)、DV、監(jiān)控?cái)z像機(jī)、電子顯微鏡等等。而產(chǎn)生色漂（偽

6、彩），這就需要對(duì)光線加以修整。我們利用水晶的物理偏光特性，把射進(jìn)來(lái)的光線，保留直射部分，反射和折射斜射部分，避免斜射光去影響旁邊的感光點(diǎn)。但是，斜射光存在不同的角度，一片水晶只能處理一個(gè)方向的斜射光，從理論上來(lái)說(shuō)，不同方向的水晶片疊加的層數(shù)越多，解決色漂（偽彩）的效果就越好。但考慮到實(shí)際需求和成本，一般都只用1到3片水晶片，來(lái)解決水平、垂直和45角的色漂（偽彩）問(wèn)題。也就有所謂“兩片式”、“三片式”濾光片，其中IRCoating膜或藍(lán)玻

7、璃用來(lái)濾除紅外光，而水晶用來(lái)修整光線，在水晶片上還需ARCoating鍍膜，用來(lái)增加透光率。水晶修整光線是物理方式的，而不同CCD的品牌、規(guī)格、型號(hào)及不同像素還有N制、P制的不同，水晶的厚度都要配合CCD上感光點(diǎn)而變化，不能錯(cuò)誤搭配使用。例如8.8X8.2X3.07mm的三層濾光片是SONY409CCD高清攝像機(jī)的最佳選擇，而8.8X8.2X2.85mm的三層濾光片是專(zhuān)為SONY405CCD設(shè)計(jì)的大家還常常將1.08的水晶錯(cuò)誤地用在SO

8、NY405CCD上，等等。3、單濾光片的應(yīng)用和不足濾光片在修整光線和還原圖像真實(shí)色彩的同時(shí)，將紅外線也濾除了。因此，在夜晚無(wú)可見(jiàn)光的情況下，就無(wú)法成像，也就沒(méi)有了夜視功能。為了解決這一問(wèn)題，便開(kāi)發(fā)出雙峰值高的單濾光片并加以運(yùn)用，這種攝像機(jī)就有了夜視功能。但這種單濾光片，雖然成本低廉，又能兼顧白天與晚上的波長(zhǎng)吸引，由于開(kāi)放了波長(zhǎng)頻率，從而在白天，由于自然界的光線中含有較多的紅外光，其中一部分也能進(jìn)入CCD或CMOS并干擾圖像色彩還原，例如

9、綠色植物變得灰白，紅色衣服變成灰綠色等等（有陽(yáng)光的室外環(huán)境尤其明顯），而且為了綜合考慮白天和晚上的效果不至于難以接受，濾光片的波形就很難完全適應(yīng)，在白天任然有一些紅外光干擾圖像色彩還原；在晚上由于雙峰玻璃片的過(guò)濾作用，使CCD或CMOS不能充分利用所有光線從而產(chǎn)生雪花點(diǎn)現(xiàn)象，并降低紅外攝像機(jī)的圖像清晰度和低照性能。三、IRCUT雙濾光片技術(shù)雙濾光片技術(shù)，即IRCUT雙濾光片切換器，它能讓普通日夜型攝像機(jī)在晚上和白天分別使用不同的濾光片工

10、作，因而能有效解決雙峰單濾光片日夜不能兼顧而產(chǎn)生的問(wèn)題。IRCUT雙濾光片切換器由一個(gè)紅外截止低通濾光片和一個(gè)全光譜光學(xué)玻璃構(gòu)成，它通過(guò)一塊電路控制板和切換裝置來(lái)進(jìn)行切換、定位。當(dāng)白天的光線充分時(shí)，電路控制板驅(qū)使切換器切換并定位到紅外截止濾光片工作，CCD或CMOS還原出真實(shí)色彩；當(dāng)夜間可見(jiàn)光不足時(shí)，紅外截止濾光片自動(dòng)移開(kāi)，全光譜光學(xué)玻璃開(kāi)始工作，這時(shí)，它能感應(yīng)紅外燈的紅外光，使CCD或CMOS充分利用到所有光線，從而大大提高了紅外攝像