從鏡頭到濾光片解析光學(xué)透霧監(jiān)控?cái)z像機(jī)
自然光由波長不同的光波組合而成，人眼可見范圍大致為390 nm-780nm，波長從長到短分別對應(yīng)了紅橙藍(lán)綠青橙紫七種顏色，其中波長小于390nm的叫做紫外線，波長大于780nm的叫做紅外線。不同波段的光因?yàn)椴ㄩL的不同具有不同的特性，霧氣、煙塵影響可見光成像的原因，而紅外線因?yàn)閾碛休^長的波長，在傳播時(shí)受氣溶膠的影響較小，可穿透一定濃度的霧靄煙塵，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，這就是光學(xué)透霧的依據(jù)。
1、鏡頭
從原理可知光學(xué)透霧的重點(diǎn)在于對特定近紅外波段光線的截取與準(zhǔn)確聚焦，而這部分工作大都由鏡頭完成，激埃特介紹了透霧鏡頭誕生的始末：2005年青藏鐵路項(xiàng)目中開始有相應(yīng)透霧需求出現(xiàn)，而當(dāng)時(shí)市場上優(yōu)質(zhì)的富士能鏡頭通過內(nèi)置處理器可選擇不同波長，所以開始考慮利用截取不同特定波段光線的方法實(shí)現(xiàn)透霧，最終在一系列試驗(yàn)后研制出透霧鏡頭及透霧攝像機(jī)成品，并于06年投入生產(chǎn)，在隨后的07得到專利批文，同時(shí)市場上也開始出現(xiàn)透霧鏡頭這個(gè)概念。
可以說鏡頭的好壞決定了光學(xué)透霧的效果，日本圖麗株式會社市場推廣劉郭艷總結(jié)說到：鏡頭設(shè)計(jì)的難度首先在于光學(xué)設(shè)計(jì)，其中包括對光路的把握以及濾波片的選擇等，其次選材與工藝技術(shù)也決定了成品的效果。而透霧鏡頭最大的不同在于能承載紅外波段的寬度，即成焦面的寬容度。從原理上，自然是可利用的近紅外波段越寬越好，但是受限于鏡頭光路設(shè)計(jì)的難度與CCD的感光能力，目前安防業(yè)內(nèi)的鏡頭已知能利用的最長紅外波段為 1100nm。
2、濾波片
了解日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)的人對濾波片都不會陌生，一般此類型攝像機(jī)裝有兩塊濾波片，一塊負(fù)責(zé)在白天過濾掉可見光之外的光波，令成像更為清晰亮麗;一塊應(yīng)用在夜晚，負(fù)責(zé)放行CCD可以承載的紅外波段，實(shí)現(xiàn)夜間的紅外監(jiān)控。
專業(yè)透霧鏡頭內(nèi)置有針對性很強(qiáng)的濾波片，作用是精確截取所需波段的光線，且為了適應(yīng)特定環(huán)境狀況，常常會加載多片針對不同波段的濾波片，并通過485接口與攝像機(jī)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)切換。正常來說，配合透霧鏡頭的攝像機(jī)在基礎(chǔ)成像性能上只要具備日夜轉(zhuǎn)換功能即可，但是考慮到透霧鏡頭高昂的造價(jià)，部分?jǐn)z像機(jī)廠家也開始尋求更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的光學(xué)透霧模式，激埃特光電科技(深圳)有限公司就率先使用了四濾色波長切換裝置，其首席技術(shù)官蔣文來介紹道：不同于過去兩濾波片的日夜轉(zhuǎn)換攝像機(jī)，我們創(chuàng)新的在攝像機(jī)里邊加入了四塊濾波片，除了實(shí)現(xiàn)日夜轉(zhuǎn)換，還通過增設(shè)一塊可選擇性過濾400nm-600nm波段光線的濾波片，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)光抑制;當(dāng)然為了更精確截取適合成像的近紅外波段，也特別增加了透霧濾波片，以實(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的光學(xué)透霧。此機(jī)械裝置可由攝像機(jī)自動控制，也可人工切換。而集光學(xué)透霧和電透霧兩種透霧功能為一身的四濾色片光電聯(lián)合智能透霧攝像機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩倍于能見度以上的透霧。
3、瓶頸與發(fā)展
因?yàn)橹苯永每纱┩胳F靄的近紅外波段光線進(jìn)行成像，光學(xué)透霧雖然只能得到黑白監(jiān)控畫面，但是其成像效果突出，也已在海事、海洋有了不錯(cuò)的運(yùn)用;另一方面，受鏡頭高昂成本的限制，雖然近年來平安城市等大型項(xiàng)目甚至民用市場也出現(xiàn)了一定透霧需求，但是其實(shí)際數(shù)量仍有限。
與此同時(shí)，因?yàn)榧夹g(shù)方面已經(jīng)較為成熟，所以依靠鏡頭或說光學(xué)完成更好的透霧，就需要另辟蹊徑。據(jù)此圖麗劉郭艷也表達(dá)了自己的看法：短期內(nèi)鏡頭對波長的寬容度很難向1100nm以外延伸，但是如果不用兼顧可見光，在近紅外波段內(nèi)還可做到一定延伸;所以可以考慮在一套設(shè)備中加載兩套鏡頭，正常情況下使用可見光鏡頭，霧天則使用專門的透霧鏡頭，這樣既可保留可見光的彩色畫面，還可把透霧鏡頭的寬容度做的更好，并實(shí)現(xiàn)多畫面的對比監(jiān)控。