紅外成像

紅外鏡頭與可見光鏡頭的區(qū)別

鏡頭在影視中有兩指，一指電影攝影機、放映機用以生成影像的光學部件，由多片透鏡組成。各種不同的鏡頭，各有不同的造型特點，它們在攝影造型上的應用，構成光學表現(xiàn)手段；二指從開機到關機所拍攝下來的一段連續(xù)的畫面，或兩個剪接點之間的片段，也叫一個鐿頭。一指和二指，是兩個完全不同的概念，為了區(qū)別兩者的不同，常把一指稱光學鏡頭，把二指稱鏡頭畫面。

鏡頭的主要功能為收集被照物體反射光并將其聚焦于CCD上，其投影至CCD上之圖像是倒立， 攝像機電路具有將其反轉功能，其成像原理與人眼相同。

1. 鏡頭的分類

鏡頭的分類又可依焦距、依焦距數(shù)字大小、依光圈分和依鏡頭伸縮調整等方式分類。
(1) 依據(jù)焦距分類有固定焦距式、伸縮式、自動光圈或手動光圈等類型。
(2) 依據(jù)焦距數(shù)字大小區(qū)分分類有標準鏡頭、廣角鏡頭、望遠鏡頭等類型。
(3) 依據(jù)光圈分分類有固定光圈式 ( fixed iris ) 、 手動光圈式 ( manual iris ) 、自動光圈式 ( auto iris ) 等類型。
(4) 依據(jù)鏡頭伸縮調整方式分類有電動伸縮鏡頭、手動伸縮鏡頭等類型。

2. 決定鏡頭品質因素
(1) 采用鏡片數(shù)目：多類型鏡片組合，可減少色偏改善聚焦等問題，但會減少透光率。
(2) 鏡片透光率：好鏡片透光率佳價格貴，差鏡片較會阻擋光線通過。
(3) 鍍膜與研磨：鏡片鍍膜與研磨技術影響鏡片品質。
(4) 機械裝置：鏡頭內部機械結構精密度，影響鏡片移動精確鍍及可靠度，品質差機械結構，會產(chǎn)生調整誤差及不一致性。

紅外鏡頭與可見光鏡頭的區(qū)別首先，二者的用途不同：
在不需要紅外光補助的監(jiān)控環(huán)境中，使用普通的鏡頭即可;在有紅外光補助的監(jiān)控環(huán)境中，想有較為理想的監(jiān)控效果就得用紅外鏡頭；當然用普通鏡頭在紅外補助下也能看到畫面，只是畫面會變得模糊不清罷了，這點相信大家都深有體會。

其次，二者的價格不同:
專業(yè)的紅外鏡頭價格是普通鏡頭的好幾倍， 因為使用紅外鏡頭白天和晚上都清晰，效果好自然貴。

二者性能和價格有那么大區(qū)別的原因：

由于玻璃對不同波長光線的折射率不同，故聚焦點的位置會有所差別，目前市面上的普通鏡頭可以做到把相差250nm左右波長的光線聚集到同一平面上，即430~650nm 或者 650~900nm 范圍內的光可以聚焦成功，呈現(xiàn)出清晰的圖像，這就是為什么普通鏡頭白天調清晰了，夜視模糊，或者夜視調清晰了，白天模糊的原因。

專業(yè)感紅外的鏡頭采用特殊的鏡片，能做到把430~900nm 甚至更長波段范圍的光線都聚集到同一平面上，所以不管白天還是夜視都是清晰的。由于鏡片材料特殊，所以造價也就自然高了。

工作原理的詳細解析

由于紅外光和可見光的折射率不同，通過鏡片后會產(chǎn)生折射而發(fā)生色散。色散后的紅外光和可見光會聚焦在不同的焦平面，CCD/CMOS無法滿足紅外光和可見光同時呈像清晰，這就是為什么普通鏡頭無法實現(xiàn)紅外功能的原因。

鏡頭矯正可分為幾種：無紅外矯正、紅外光學矯正、ED玻璃等材料紅外矯正等。目前市場上很多鏡頭只是經(jīng)過光學矯正，紅外光和可見光的焦平面不可能達到一致，只是在短焦距段時紅外效果可以勉強接受。而采用ED玻璃，從鏡片材料上對紅外矯正，焦距變化效果幾乎一致，可謂“Ture infrared（真紅外）”。紅外是大家常談的話題，然而監(jiān)控鏡頭領域不同的矯正方式卻是完全不同的效果，紅外鏡頭別有哪些“洞天”呢？

紅外鏡頭之入門級-----光學矯正

除特殊情況外，一般而言，單個球面透鏡不能校正色差，正透鏡產(chǎn)生負色差，負透鏡產(chǎn)生正色差。為了減小色差，利用不同折射率、不同色差的玻璃組合，可以消除色差。

以適當形狀的正、負透鏡組合成的雙透鏡組或雙膠合鏡組是可能消色差的一種簡單結構。這種雙膠合透鏡組減小色散的方法是常用的光學紅外矯正法。

經(jīng)過光學矯正后，由于色散減少，紅外光和可見光的折射分離減少，聚焦平面間的距離被拉近（但無法消除）。對于短焦距段的鏡頭而言，經(jīng)過光學矯正后，紅外和可見光的焦平面偏離較小，對呈像清晰度的影響較小。但隨著焦距越長，色散會被逐漸放大，紅外光和可見光的焦平面偏離越大，光學矯正無法使兩者同時呈像清晰。

紅外鏡頭之核心級-----ED玻璃矯正

為了實現(xiàn)紅外光和可見光同時清晰，必須保證二者的聚焦平面在同一焦平面上。光學矯正減小色差的能力很有限，那么就必須借助ED玻璃（超低色散玻璃）鏡片，超低色散，減小色差，并確保各類波長的光線實際對焦于同一平面，近紅外不離焦，從而實現(xiàn)白天夜晚24小時高清。

長焦距段鏡頭對紅外矯正要求更為嚴格，必須使用ED玻璃進行紅外矯正，保證紅外光和可見光焦平面一致，才能實現(xiàn)真正的日夜高清。其實從運用ED玻璃的主流鏡頭廠商中，像深圳超音速AVENIRETOKU精工鏡頭均是選用ED玻璃鏡片，運用真紅外實現(xiàn)白天黑夜真高清，我們也可以看出，主流鏡頭廠商對實現(xiàn)真正紅外效果的重視。

長焦距段的鏡頭尤其要注意這一點，因為鏡頭內置鏡片越多，光線通過鏡頭后產(chǎn)生的色散越大，紅外光和可見光的聚焦面偏離更大。一般的光學矯正對焦平面的偏移影響極小，調焦后，白天和夜晚清晰度相差巨大，無法實現(xiàn)日夜高清。

鏡頭紅外矯正對比圖：

√ 調節(jié)清晰 ×不清晰 ?步驟一 ?步驟二

紅外矯正對比圖

如上圖所示，不帶紅外矯正的鏡頭，白天調節(jié)焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；夜晚調節(jié)清晰后，白天呈像不清晰。經(jīng)過光學紅外矯正后，白天調節(jié)焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；但夜晚調節(jié)清晰后，白天呈像可能清晰，也可能不清晰，這是由鏡頭的焦距和景深決定。而使用ED玻璃鏡片達到紅外矯正后的鏡頭一旦畫面調節(jié)清晰，不論白天夜晚，呈像都會清晰。下圖是未經(jīng)過紅外矯正和經(jīng)過ED玻璃紅外矯正的效果對比圖。

未經(jīng)過紅外矯正，光透過鏡片時的光學圖

經(jīng)過ED玻璃紅外矯正，光透過鏡片時的光學圖

紅外鏡頭之錦上添花----紅外多層鍍膜技術（IR Coating），紅外增透

多層復合鍍膜技術可以減小光線散射損失，提升鏡片透光率，使畫面更清晰。同時提升波長為750-1000nm光波的增透性。鏡片表面一般為墨綠色。紅外多層鍍膜技術（IR Coating），可以提升近紅外的透光率，能為紅外鏡頭更好的實現(xiàn)高清起到錦上添花的功效。

一般具有紅外功能的鏡頭只解決了“能否看見”的問題，但是沒有解決“是否清晰”的問題。沒有經(jīng)過紅外矯正，尤其是沒有經(jīng)過ED玻璃紅外矯正的鏡頭，紅外光和自然光的焦平面相互偏離，無法實現(xiàn)日夜高清。IR鏡頭的應用場所非常廣泛，并能實現(xiàn)日夜兩用監(jiān)控。

紅外鏡頭之全天候高清——讓白天也“懂”夜的黑

光線傳播時，自然光等波長較短的光會受到霧、雨水、塵等阻礙，無法透過，但紅外光等波長長的光容易通過。紅外光穿過阻礙到達鏡頭后，因為有ED玻璃的紅外矯正和IR Coating紅外多層鍍膜的紅外增透，透過霧氣、雨水、塵埃等的紅外光能在攝像機上清晰呈像。通過ED玻璃紅外矯正后的鏡頭，能夠保證近紅外不離焦，實現(xiàn)白天夜晚7*24h全天候高清。

鍍膜后不同波段光線散色圖

AVENIR ETOKU精工鏡頭鏡片多層鍍膜鏡片實物圖

其實，在業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)了首款類似焦距段紅外百萬高清鏡頭，這是AVENIR ETOKU精工SL8585IRMP鏡頭，此款鏡頭擁有8.5-85mm的較長焦距段，運用ED玻璃紅外矯正、紅外多層鍍膜IR Coating紅外增透技術，能實現(xiàn)紅外不偏焦，保證白天夜晚全天候達到200萬高清效果。

外觀圖

鏡頭內部鏡片結構剖視圖

注：AVENIR ETOKU精工SL8585IRMP鏡頭外觀圖和鏡頭內部鏡片結構剖視圖。

SL8585IRMP鏡頭中內置7片ED玻璃，有效矯正，有力保證紅外不離焦，實現(xiàn)真正的日夜高清。

這款鏡頭的設計即使在光照不足的場景下也能有出色的高清表現(xiàn)，可以提供1000m的視距，滿足了一些狹長空間（如隧道）的監(jiān)控要求。此外，AVENI RETOKU精工SL10200IRMP、SL08128IRMP這兩款長焦距段鏡頭在長焦距段鏡頭中，紅外功能也有很好的表現(xiàn)。

長焦鏡頭若沒有紅外矯正，清晰度效果偏差非常大，而采用ED玻璃紅外矯正，能輕松實現(xiàn)監(jiān)控圖像的高清晰效果，特別是全天候高清讓白天也能“懂”夜的黑