镀膜玻璃、蓝玻璃、水晶滤光片、IR-CUT红外截止滤光片等滤光片在视频成像技术上起到至关重要的作用。
镀膜和蓝玻璃的作用
红外发射二级管——红外灯是由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830~950nm,半峰带宽约40nm左右,它是窄带分布于近红外光谱波段范围内,为普通CCD和CMOS可感受的范围。这样,不论在白天还是在夜晚,都能进行实时监控。由于任何在绝对零度(-273℃)以上的物体都对外发射红外线,也就是说在白天,CCD或CMOS同时感应到可见光和红外光,根据光的折射原理和定律可得出:波长越长,折射率越小;波长越短,折射率越大。因此,当这些光线同时进入摄像机镜头,被镜头透镜折射后,可见光和红外光就会在不同的靶面成象,而可见光的成像为彩色图像、红外光的成像为灰度图像,当我们将可见光所成图像调试好,也就是所谓镜头后焦调整和聚焦,这时红外光就会在这个靶面形成虚像,从而影响图象的颜色和质量。对此,我们可以用镀膜的方法或蓝玻璃来滤除红外光,还原物体的真实颜色,从而解决图像色彩失真的问题。
另外,滤光片并不是完全透光的,还需要加上所谓的ARCoating的镀膜,目的是增加透光率,因为光线在透过不同介质(比如从空气进入石英片)时,会产生部分的折射和反射,ARCoating具有抗反射之功能,当加上单面ARCoating后,滤光片会提升3-5%的透光率,如果加上双面ARCoating镀膜,滤光片可达到98%以上的透光率,否则只有不到90%的透光率,这对CCD或CMOS的感光度就有很大的影响,也就是说,不用ARCoating就会降低摄像机的感光度,而使用双面ARCoating,就会使图像更清晰。同时,ARCoating具有抗氧化之功能和有增加保护膜之功能,滤光片有ARCoating的保护也就不容易起雾了。
水晶的作用与选择
众所周知,CCD和CMOS两者都是利用矽感光二极管进行光与电转换的图像传感器,由一颗颗的感光体(CELL)构成,它要求光线最好是直射进来,斜射进来的光会干扰到邻近感光体,而产生色漂(伪彩),这就需要对光线加以修整。我们利用水晶的物理偏光特性,把射进来的光线,保留直射部分,反射和折射斜射部分,避免斜射光去影响旁边的感光点。但是,斜射光存在不同的角度,一片水晶只能处理一个方向的斜射光,从理论上来说,不同方向的水晶片叠加的层数越多,解决色漂(伪彩)的效果就越好。但考虑到实际需求和成本,一般都只用1到3片水晶片来解决水平、垂直和45°角的色漂(伪彩)问题。也就有所谓“两片式”、“三片式”滤光片,其中IRCoating膜或蓝玻璃用来滤除红外光,而水晶用来修整光线,在水晶片上还需ARCoating镀膜,用来增加透光率。
水晶修整光线是物理方式的,而不同CCD的品牌、规格、型号及不同像素还有N制、P制的不同,水晶的厚度都要配合CCD上感光点而变化,不能错误搭配使用。例如8.8×8.2×2.85mm的三层滤光片是专为SONY405CCD设计的,大家还常常将1.08mm的水晶错误地用在SONY405CCD上等。
单滤光片的应用和不足
滤光片在修整光线和还原图像真实色彩的同时,将红外线也滤除了。因此,在夜晚无可见光的情况下,就无法成像,也就没有了夜视功能。为了解决这一问题,便开发出双峰值高的单滤光片并加以运用,这种摄像机就有了夜视功能。但这种单滤光片,虽然成本低廉,又能兼顾白天与晚上的使用,由于开放了波长频率,从而在白天,由于自然界的光线中含有较多的红外光,其中一部分也能进入CCD或CMOS并干扰图像色彩还原,例如绿色植物变得灰白,红色图画变成浅红色,黑色变成紫色等等(有阳光的室外环境尤其明显),而且