日夜两用摄像装置及其滤光片、光学系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种日夜两用摄像装置及其滤光片、光学系统。所述日夜两用摄像装置包括光学系统，其包括镜头、图像传感器、位于所述镜头和传感器之间的滤光片；所述光学系统的颜色修正率：Ｄ＞３４．１５，红外感应率：Ｅ＞１．４５％，其中，所述Ｄ＝（Ｔｋｊ×Ｔｋｌ×ΔＣ）／（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×ΔＣＭＡＸ），所述Ｅ＝（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×Ｔｈｓ）；所述Ｔｋｊ为所述镜头对可见光的透光率，Ｔｋｌ为所述滤光片对可见光的透光率，Ｔｈｊ为所述镜头对８００－９００纳米之间红外平均透光率，Ｔｈｌ为所述滤光片对８００－９００纳米之间红外平均透光率，Ｔｈｓ为所述图像传感器对８００－９００纳米红外光的感应能力，ΔＣＭＡＸ为图像传感器中各个像素对８００－９００纳米之间红外光平均感应能力之间的最大差距，ΔＣ为ΔＣＭＡＸ中所述的两种像素对可见光感应能力之间的最大差距。本实用新型专利技术可以实现日夜两用摄像机拍摄效果较佳的技术效果。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

日夜两用摄像装置及其滤光片、光学系统
本技术涉及视频采集
，特别是涉及日夜两用摄像装置及其滤光片、光学系统。
技术介绍
现代数码摄像机主要包括图像传感元件以及图像处理芯片等。其中，对于图像传 感元件，又存在两大技术主流，分别是电荷耦合器件(ChargeCoupled Device, CCD)与互补 金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor, CMOS)。 可见光的波长范围是380-780纳米，780纳米以上的属于红外光部分，而CCD和 CMOS既能感应可见光，也能感应红外光。当红外光与可见光同时进入到CCD或者CMOS中被 其感应的时候，拍摄出来的图像的色彩会与人眼看到的环境的色彩颜色不一致，即所谓的 偏色。这是因为红外光对色彩还原进行了破坏。于是，人们为了在自然光下获得更好色彩 还原，便使用滤光片设置于所述CCD或CMOS前面来过滤红外光。但对于可同时应用于光亮 环境和暗环境的红外摄像机而言，即需要满足光亮环境下成像而尽量不偏色，又需要满足 在黑暗的环境中有红外灯光源情况下也可以看清楚被摄物体的要求，所以人们便让850纳 米波段的红外光能通过滤光片，试图满足在光亮环境中的图像色彩还原、又能满足黑暗环 境中拍摄的要求。 对于这种红外摄像机而言，目前市场上一般采用850纳米波段的红外滤光片。参 阅图1，所述滤光片对红外光的透光率基本上都在90%左右，以满足暗环境下进行红外拍 摄的基本光线要求。但是，即使仅让红外部分的850纳米波段透过红外光，但仍有相当部分 的红外光进入CCD或CMOS以满足暗环境下的拍摄要求，红外摄像机依然会受到红外光的影 响。因此，红外摄像机在白天自然光下获得色彩还原真实的图像效果，就满足不了夜晚黑暗 环境下看清被摄物体的要求；如果满足了夜晚黑暗环境下看清楚被摄物体的要求，白天自 然光下获得的图像又出现偏色现象。 一般而言，现有红外摄像机首先需要满足夜晚黑暗环 境下看清楚被摄物体的要求，所以现有红外摄像机基本上都存在一定的偏色问题。 于2008年5月21日公开的中国专利技术专利申请第200710124954. 3号描述了一种适宜全天候使用的摄录机，其包括图像传感器及设于该图像传感器前方的滤光镜，该滤光 镜包括高通滤镜和低通滤镜，分别选择过滤可见线或红外光。所述专利申请主要是根据环 境光的变化来切换图像传感器前方的滤光镜，以试图兼顾可见光拍摄与红外光拍摄。但是， 这种方法需要配置昂贵、复杂的滤光镜切换系统，同时至少需要两块滤光镜，材料、维护成 本较高且容易出现故障。
技术实现思路
为解决现有技术日夜两用摄像机难以兼顾夜晚红外拍摄与白天拍摄而导致白天 图像偏色的技术缺陷，本技术提供一种日夜两用摄像装置及其滤光片、光学系统，可以 实现既能在白天自然光下获得色彩还原较为真实的效果，在夜晚黑暗环境下也能清楚拍摄被摄物体的技术效果。 本技术为解决上述技术问题而提供一种日夜两用摄像装置，用于在白天模式 下和夜晚模式下进行摄像，包括光学系统，所述光学系统包括镜头、图像传感器、位于所述 镜头和传感器之间的滤光片；在所述白天模式下所述光学系统的颜色修正率D > 34. 15， 在夜晚模式下所述光学系统的红外感应率E> 1.45X，其中，所述D = (TkjXTklX AC)/ (ThjXThlX ACMAX)，所述E = (Thj XThl XThs);所述Tkj为所述镜头对可见光的透光 率，Tkl为所述滤光片对可见光的透光率，Thj为所述镜头对800-900纳米之间红外平均透 光率，Thl为所述滤光片对800-900纳米之间红外平均透光率，Ths为所述图像传感器对 800-900纳米红外光的感应能力，A CMAX为所述图像传感器中RGB各个像素对800-900纳 米之间红外光平均感应能力之间的最大差距，AC为ACMAX中所述的两种像素对可见光感 应能力之间的最大差距。 本技术为解决上述技术问题而提供一种应用于日夜两用摄像装置的滤光片， 所述滤光片对800 900纳米之间红外平均透光率在5% 35%之间。 本技术为解决上述技术问题而提供一种应用于日夜两用摄像装置的光学系 统，包括图像传感器，所述光学系统在白天模式下其可见光与红外光最终为所述图像传感 器感应到的能量比例大于34. 15，并且所述光学系统在夜晚模式下其红外光在进入所述光 学系统前与进入所述光学系统后最终为所述图像传感器感应到的能量比例为大于1. 45%。 本技术的有益效果是区别于现有技术日夜两用摄像机难以兼顾夜晚红外拍 摄与白天拍摄而导致白天图像偏色的情况，本技术通过对日夜两用摄像机偏色原因进 行定性和定量分析，先设计在夜晚模式下光学系统的红外感应率E > 1. 45%，保证暗环 境中能接收足够的红外光以进行正常的红外拍摄，同时，研究得到在白天自然光拍摄情况 下实现基本无偏色现象时的颜色修正率，在满足所述颜色修正率的条件下可以相对现有技 术大幅减少整个光学系统对850纳米波段的透光率，实现减少红外光对图像色彩还原的破 坏，使摄像机在自然光下也能获得色彩还原较佳的拍摄效果。 进一步地、大量地实验与实践表明，当滤光片的850纳米波段透光率在5 % 35 % 之间的时候，即能满足白天模式拍摄时图像的色彩还原、又能满足黑暗中在有850纳米波 段红外灯的补光光源环境下清楚被摄物体的要求。附图说明 图1是现有技术应用于日夜两用摄像机的红外滤光片的光谱示意图； 图2是太阳光照射到被摄物体上、被摄物体反射光线到摄像机的示意图； 图3是一天中可见光与波长800-900纳米的近红外光的相对辐射比的变化曲线示 意图； 图4是本技术应用于日夜两用摄像装置的红外滤光片的光谱示意图； 图5是本技术应用于日夜两用摄像装置的图像传感器各像素的感应能力随光谱变化的示意图； 图6是夜晚模式中摄像机进行红外拍摄的示意图； 图7是辅助摄像机进行红外拍摄的红外灯的能量曲线图； 图8是本技术日夜两用摄像装置的结构示意图。具体实施例本专利技术人经过研究发现，现有技术日夜两用摄像机难以兼顾夜晚红外拍摄与白天 拍摄而导致白天图像偏色的根本原因，是白天拍摄时进入摄像机的自然光与红外光比例过 低，更深层原因，是进入摄像机中的各种颜色红外光比例失衡。以下，本专利技术人通过分别对 白天拍摄模式与夜晚拍摄模式下的光学成像过程进行深入研究，并找到解决现有技术问题 的方法 1.白天红外光对摄像机拍摄中颜色的破坏 1)物体反射光 图2是太阳光照射到被摄物体上、被摄物体反射光线到摄像机的示意图。图3是 一天中可见光与波长800-900纳米的近红外光的相对辐射比的变化曲线示意图。本文中， 所称的800-900纳米的近红外光、850纳米波段红外光都是方便描述本技术而举的例 子，根据本技术精神，可以泛指任何适合应用的红外光。 由于白天拍摄时段中红外光对拍摄图像颜色影响较大的时间是在太阳下山时，解 决此时间段的偏色问题最为关键，因此下面先分析此时段物体反射光中的可见光与红外光 的能量比值。 其中，一天中太阳下山时的色温大约在3000K-4000K左右。这时候的可见光的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种日夜两用摄像装置，用于在白天模式下和夜晚模式下进行摄像，包括：　　光学系统，所述光学系统包括镜头、图像传感器、位于所述镜头和传感器之间的滤光片；　　其特征在于，　　在所述白天模式下所述光学系统的颜色修正率：Ｄ＞３４．１５，在夜晚模式下所述光学系统的红外感应率：Ｅ＞１．４５％，　　其中，　　所述Ｄ＝（Ｔｋｊ×Ｔｋｌ×ΔＣ）／（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×ΔＣＭＡＸ），所述Ｅ＝（Ｔｈｊ×Ｔｈｌ×Ｔｈｓ）；　　所述Ｔｋｊ为所述镜头对可见光的透光率，Ｔｋｌ为所述滤光片对可见光的透光率，Ｔｈｊ为所述镜头对８００－９００纳米之间红外平均透光率，Ｔｈｌ为所述滤光片对８００－９００纳米之间红外平均透光率，Ｔｈｓ为所述图像传感器对８００－９００纳米红外光的感应能力，ΔＣＭＡＸ为所述图像传感器中ＲＧＢ各个像素对８００－９００纳米之间红外光平均感应能力之间的最大差距，ΔＣ为ΔＣＭＡＸ中所述的两种像素对可见光感应能力之间的最大差距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张日和，陈冠波，
申请(专利权)人：张日和，张光辉，先河系统有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]