專利名稱：日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統(tǒng)的制作方法
專利說明日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統(tǒng) 技術領域：
本發(fā)明涉及視頻采集技術領域，特別是涉及日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)代數(shù)碼攝像機主要包括圖像傳感元件以及圖像處理芯片等。其中，對于圖像傳感元件，又存在兩大技術主流，分別是電荷耦合器件(ChargeCoupled Device，CCD)與互補金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)。
可見光的波長范圍是380-780納米，780納米以上的屬于紅外光部分，而CCD和CMOS既能感應可見光，也能感應紅外光。當紅外光與可見光同時進入到CCD或者CMOS中被其感應的時候，拍攝出來的圖像的色彩會與人眼看到的環(huán)境的色彩顏色不一致，即所謂的偏色。這是因為紅外光對色彩還原進行了破壞。于是，人們?yōu)榱嗽谧匀还庀芦@得更好色彩還原，便使用濾光片設置于所述CCD或CMOS前面來過濾紅外光。但對于可同時應用于光亮環(huán)境和暗環(huán)境的紅外攝像機而言，即需要滿足光亮環(huán)境下成像而盡量不偏色，又需要滿足在黑暗的環(huán)境中有紅外燈光源情況下也可以看清楚被攝物體的要求，所以人們便讓850納米波段的紅外光能通過濾光片，試圖滿足在光亮環(huán)境中的圖像色彩還原、又能滿足黑暗環(huán)境中拍攝的要求。
對于這種紅外攝像機而言，目前市場上一般采用850納米波段的紅外濾光片。參閱圖1，所述濾光片對紅外光的透光率基本上都在90％左右，以滿足暗環(huán)境下進行紅外拍攝的基本光線要求。但是，即使僅讓紅外部分的850納米波段透過紅外光，但仍有相當部分的紅外光進入CCD或CMOS以滿足暗環(huán)境下的拍攝要求，紅外攝像機依然會受到紅外光的影響。因此，紅外攝像機在白天自然光下獲得色彩還原真實的圖像效果，就滿足不了夜晚黑暗環(huán)境下看清被攝物體的要求；如果滿足了夜晚黑暗環(huán)境下看清楚被攝物體的要求，白天自然光下獲得的圖像又出現(xiàn)偏色現(xiàn)象。一般而言，現(xiàn)有紅外攝像機首先需要滿足夜晚黑暗環(huán)境下看清楚被攝物體的要求，所以現(xiàn)有紅外攝像機基本上都存在一定的偏色問題。
于2008年5月21日公開的中國發(fā)明專利申請第200710124954.3號描述了一種適宜全天候使用的攝錄機，其包括圖像傳感器及設于該圖像傳感器前方的濾光鏡，該濾光鏡包括高通濾鏡和低通濾鏡，分別選擇過濾可見線或紅外光。所述專利申請主要是根據(jù)環(huán)境光的變化來切換圖像傳感器前方的濾光鏡，以試圖兼顧可見光拍攝與紅外光拍攝。但是，這種方法需要配置昂貴、復雜的濾光鏡切換系統(tǒng)，同時至少需要兩塊濾光鏡，材料、維護成本較高且容易出現(xiàn)故障。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝而導致白天圖像偏色的技術缺陷，本發(fā)明提供一種日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統(tǒng)，可以實現(xiàn)既能在白天自然光下獲得色彩還原較為真實的效果，在夜晚黑暗環(huán)境下也能清楚拍攝被攝物體的技術效果。
本發(fā)明為解決上述技術問題而提供一種日夜兩用攝像裝置，用于在白天模式下和夜晚模式下進行攝像，包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片；在所述白天模式下所述光學系統(tǒng)的顏色修正率D＞34.15，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，其中，所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)，所述E＝(Thj×Thl×Ths)；所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，Ths為所述圖像傳感器對800-900納米紅外光的感應能力，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。
本發(fā)明為解決上述技術問題而提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的濾光片，所述濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率在5％～35％之間。
本發(fā)明為解決上述技術問題而提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的光學系統(tǒng)，包括圖像傳感器，所述光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例大于34.15，并且所述光學系統(tǒng)在夜晚模式下其紅外光在進入所述光學系統(tǒng)前與進入所述光學系統(tǒng)后最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例為大于1.45％。
本發(fā)明為解決上述技術問題還提供一種日夜兩用攝像裝置，包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括圖像傳感器，所述光學系統(tǒng)的紅外失衡率F＝H/D＜3/155，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，其中，H＝(3·Tg1max-Tg1max-Tr1max-Tb1max)/(3·Tg1max+3·Tr1max+3·Tb1max)；所述Tg1max、Tr1max、Tb1max分別是所述圖像傳感器的像素點G、R、B對來自常見紅外強反射參照物紅外光的轉換效率，所述D為光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例。
本發(fā)明的有益效果是區(qū)別于現(xiàn)有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝而導致白天圖像偏色的情況，本發(fā)明通過對日夜兩用攝像機偏色原因進行定性和定量分析，先設計在夜晚模式下光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，保證暗環(huán)境中能接收足夠的紅外光以進行正常的紅外拍攝，同時，研究得到在白天自然光拍攝情況下實現(xiàn)基本無偏色現(xiàn)象時的顏色修正率，在滿足所述顏色修正率的條件下可以相對現(xiàn)有技術大幅減少整個光學系統(tǒng)對850納米波段的透光率，實現(xiàn)減少紅外光對圖像色彩還原的破壞，使攝像機在自然光下也能獲得色彩還原較佳的拍攝效果。
進一步地、大量地實驗與實踐表明，當濾光片的850納米波段透光率在5％～35％之間的時候，即能滿足白天模式拍攝時圖像的色彩還原、又能滿足黑暗中在有850納米波段紅外燈的補光光源環(huán)境下清楚被攝物體的要求。


圖1是現(xiàn)有技術應用于日夜兩用攝像機的紅外濾光片的光譜示意圖； 圖2是太陽光照射到被攝物體上、被攝物體反射光線到攝像機的示意圖； 圖3是一天中可見光與波長800-900納米的近紅外光的相對輻射比的變化曲線示意圖； 圖4是本發(fā)明應用于日夜兩用攝像裝置的紅外濾光片的光譜示意圖； 圖5是本發(fā)明應用于日夜兩用攝像裝置的圖像傳感器各像素的感應能力隨光譜變化的示意圖； 圖6是夜晚模式中攝像機進行紅外拍攝的示意圖； 圖7是輔助攝像機進行紅外拍攝的紅外燈的能量曲線圖； 圖8是本發(fā)明日夜兩用攝像裝置的結構示意圖。
具體實施例
本發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝而導致白天圖像偏色的根本原因，是白天拍攝時進入攝像機的自然光與紅外光比例過低，更深層原因，是進入攝像機中的各種顏色紅外光比例失衡。以下，本發(fā)明人通過分別對白天拍攝模式與夜晚拍攝模式下的光學成像過程進行深入研究，并找到解決現(xiàn)有技術問題的方法 1.白天紅外光對攝像機拍攝中顏色的破壞 1)物體反射光 圖2是太陽光照射到被攝物體上、被攝物體反射光線到攝像機的示意圖。圖3是一天中可見光與波長800-900納米的近紅外光的相對輻射比的變化曲線示意圖。本文中，所稱的800-900納米的近紅外光、850納米波段紅外光都是方便描述本發(fā)明而舉的例子，根據(jù)本發(fā)明精神，可以泛指任何適合應用的紅外光。
由于白天拍攝時段中紅外光對拍攝圖像顏色影響較大的時間是在太陽下山時，解決此時間段的偏色問題最為關鍵，因此下面先分析此時段物體反射光中的可見光與紅外光的能量比值。
其中，一天中太陽下山時的色溫大約在3000K-4000K左右。這時候的可見光的相對輻射比為0.15，而紅外光800-900波段的相對輻射比為0.36，它們的能量輻射分別為 K0＝(700-400)×0.15×u K1＝(900-800)×0.36×u 而物體反射光中的可見光的反射比率為a0，紅外光的反射比率為a1，所以物體反射光中可見光與波長為800-900納米的紅外光的能量分別為 P0＝K0×a0 P1＝K1×a1 在生活環(huán)境中常見而且反射紅外非常強的有樹葉，尤其是表面有灰塵的樹葉，而灰塵吸收部分可見光。而現(xiàn)實環(huán)境中綠葉是比較常見，而且是反射紅外光非常強的，因此在本發(fā)明的一個實現(xiàn)方法中，是以樹葉反射紅外光代表所有物體反射紅外光對攝像機進行白天拍攝的顏色影響。也就是說，只要克服樹葉反射紅外光對攝像機進行白天拍攝的顏色影響，就克服白天拍攝模式中的偏色問題。為方便描述，后面的分析過程也基于此例子。
因此，物體反射光的能量比值小于上述樹葉中可見光與紅外光能量比例F＝P0/P1時，可以認為攝像機中拍攝的圖像顏色開始變差。
除了需分析物體反射光的情況外，還需分析光線最終被攝像機圖像傳感器所感應到之前所涉及的各個部分，包括鏡頭、濾光片和圖像傳感器本身，以下分別進行分析 2)鏡頭 在日夜兩用攝像機中，一般使用的紅外鏡頭為全透鏡頭，對所有光的透過為90％，經(jīng)過鏡頭后的可見光和800-900納米的紅外能量為 J0＝P0×90％ J1＝P1×90％ 3)濾光片 在日夜兩用攝像機中，平時所有使用的850IR的紅外濾光片其原理如圖1所示。其中，波長800-900納米的近紅外光的平均透光率在75％。
因此，本發(fā)明的一個實施例中，是采用專門的紅外濾光片來有效抑制紅外光對攝像機所拍攝圖像的色彩的破壞。參閱圖4，所述紅外濾光片的可見光的透光率為90％，波長800-900納米的近紅外光平均透光率在5％-35％之間。
所以，在物體反射光為陽光照射在綠葉上反射所得的能量為 L0＝90％×J0 L1max＝35％×J1 L1min＝5％×J1 本發(fā)明的一個實施例中，為補償因采用上述平均透光率在5％-35％的紅外濾光片而可能減少的夜晚模式下圖像傳感器對紅外光的感應量，可以提高所述圖像傳感器的光線感應能力，比如，采用CMOS圖像傳感器來感應光線。
在攝像機中，圖像的采集是通過一個自動曝光的算法來判斷當前亮度是否滿足要求。而在采用所述CMOS圖像傳感器的攝像機中，則是利用控制每個像素的電子快門的打開時間來實現(xiàn)。電子快門打開后，光進入每個像素，然后通過光電轉換變?yōu)橄鄳碾娦盘?。這里像素對每個光線波段的轉化效率就是本文所述圖像傳感器的感應能力跟隨光譜變化的示意圖。
本發(fā)明的一個實施例中，所采用的圖像傳感器的感應能力跟隨光譜變化的曲線如圖5所示。其中，所述圖像傳感器對可見光的平均感應能力為37.9％、對800-900納米的紅外光的感應能力為32.3％。
在物體的反射光是單色光，光的波段在于520-540納米之間，這波段圖像感應器的光電效應分別為 Tg0＝31.6％×L0，31.6％為像素點G的可見光轉換效率； Tr0＝5.7％×L0，5.7％為像素點R的可見光轉換效率； Tb0＝7.8％×L0，7.8％為像素點B的可見光轉換效率； 在波段800-900納米的近紅外光的光電效應分別為 Tg1max＝9.17％×L1max，Tg1min＝9.17％×L1min，9.17％為像素點G的轉換效率； Tr1max＝11.12％×L1max，Tr1min＝11.12％×L1min，11.12％為像素點R的轉換效率； Tb1max＝11.07％×L1max，Tb1min＝11.07％×L1min，11.07％為像素點B的轉換效率； 由上可以知道圖像傳感器的RGB陣列在紅外感應的光電效應不一樣，即感應到的紅外線各種顏色的比例不一樣，所以造成白天拍攝模式下攝像機所拍攝圖像顏色失真或改變。由于其中Tg1的值最少，所以當進來的紅外光太多的時候，可能造成顏色的偏差。
綜上所述 T0max(R，G，B)＝(Tr0+Tr1max，Tg0+Tg1max，Tb0+Tb1max) 真實顏色Tt(R，G，B)＝(Tr0，Tg0，Tb0) 本文所述的紅外光對顏色的影響就是因為Tr1max、Tg1max、Tb1max的值比例搭配不當。當Tb0+Tb1max＞Tg0+Tg1max的時候，顏色就發(fā)生畸變。
當然Tr1max、Tg1max、Tb1max的值，在整個比例中占的比例越少，對顏色的破壞就越少。
經(jīng)過發(fā)明人多次測試T0max(Tr0+Tr1max，Tg0+Tg1max，Tb0+Tb1max)為在白天拍攝模式下可以接受顏色的畸變的最大值。在測試實驗例子中，綠葉為最難矯正的顏色。在白天中物體反射可見光和物體反射800-900納米紅外光的比值，因為這比值不能改變，所以可以通過調節(jié)濾光片對可見光和800-900納米紅外光之間的比值來使得綠葉顏色不發(fā)生畸變，也就是要滿足Tr0+Tr1max＜Tg0+Tg1max，Tb0+Tb1max＜Tg0+Tg1max。
通過實驗證明當濾光片在可見光透光率保持在90％，而把800-900納米的紅外光的透光率不斷減少，顏色還原度不斷提高，當平均透光率在35％以下的時候，顏色畸變比較小。
根據(jù)上面的分析，這里給出本發(fā)明的顏色修正率的定義如下 在白天模式下，一束包含可見光和800-900納米之間的近紅外光的光線，通過鏡頭、濾光片以及CMOS圖像傳感器等后，其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例。這與鏡頭的可見光和紅外光的透光率、濾光片的可見光和紅外光的透光率、CMOS圖像傳感器對可見光和紅外光的感應能力有關，下面是所述顏色修正率D的公式 D＝(Tkj×Tkl×Tks)/(Thj×Thl×Ths) 其中，Tkj鏡頭可見光的透光率 Tkl濾光片對可見光的透光率 Thj鏡頭對850納米紅外光透光率 Thl濾光片對850納米紅外光透光率 Ths圖像傳感器對850納米紅外光的感應能力 ΔCMAX在圖像傳感器的RGB陣列中，RGB分別對800-900納米之間平均紅外光的感應能力之間最大差距。比如本例中的RGB的800-900納米之間平均紅外光的感應能力為(11.12％，9.17％，11.07％)，他們的ΔCMAX＝Tr-Tg＝1.95％。
其中，圖像傳感器RGB陣列的排列方式之一為Bayer陣列，其是以矩陣的方式排列。相鄰兩行中第一行以R、G、R、G、R、G的方式排列，第二行以G、B、G、B、G、B的方式排列，依此類推。
上述像素排列方式中像素G的數(shù)量是像素R、B的兩倍，因為人眼對綠色比較敏感。當圖像還原時需要對陣列中每一個元素進行插值。以中心的綠色為例，此顏色只有G，缺少R與B，R就等于上下兩個R的平均值，B就等于左右兩個B的平均值。其他的R與B都一樣，每個像素都要補齊RGB三色。
ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距，比如MT9V136型圖像傳感器，其ΔC為R與G之間的差距ΔC＝31.6％-5.7％＝25.9％。
所以D＞(90％×90％×25.9％)/(90％×35％×1.95％)， D＞34.15 850納米紅外光定義為800-900納米之間的紅外光，根據(jù)發(fā)明人大量實驗驗證，當D大于34.15時候，攝像機所拍攝到的圖像顏色為人們所能接受。
2.夜視效果 圖6是夜晚模式中攝像機進行紅外拍攝的示意圖。圖7是輔助攝像機進行紅外拍攝的紅外燈的能量曲線圖。
圖中可知，紅外光的能量集中在800-900之間，在850納米時候能量值最高，跟濾光片的光譜圖一致。紅外光能量隨著傳送的距離而遞減，在實際的應用環(huán)境和現(xiàn)有的市場中，攝像機可以在15米距離內(nèi)使用32個紅外燈。
下面以32個紅外燈作為例子來說明 單顆LED紅外燈的發(fā)射能量為b 32個紅外燈能量為B0＝32×b 在漆黑的夜晚，可以認為可見光數(shù)量為0，所以進入鏡頭的能量為B0。
1)鏡頭 由上面論述可以知道，鏡頭通紅外能力為90％，所以經(jīng)過鏡頭后的光能量值為J0＝90％·B0。
2)濾光片 由上面論述可以知道，使用本發(fā)明的專用濾光片，其通紅外能力為5％～35％，所以經(jīng)過濾光片后的光能量值為 L0min＝5％·J0 L0max＝35％·J0 3)CMOS圖像傳感器 由上面論述知道，現(xiàn)有圖像傳感器產(chǎn)品的感紅外能力為 R0min＝11.12％·L0min，R0max＝11.12％·L0max G0min＝9.17％·L0min，G0max＝9.17％·L0max B0min＝11.07％·L0min，B0max＝11.07％·L0max 經(jīng)過發(fā)明人大量試驗測試表明，T0min(R0min，G0min，B0min)的亮度為人們能夠接受的最少值。
根據(jù)上面分析，本發(fā)明給出紅外的感應率的定義如下 一束光(帶有800-900納米紅外光)通過鏡頭、濾光片，最后到達CMOS圖像傳感器，在圖像傳感器中所能感受到的能量與這束光中的800-900納米紅外光的能量比值為所述紅外感應率E。
E＝(Thj×Thl×Ths) Thj鏡頭對800-900紅外光透光率 Thl濾光片對800-900納米紅外光透光率 Ths圖像傳感器對800-900納米紅外光的感應能力 850納米紅外光定義為800-900之間的紅外光。圖像傳感器對800-900nm的紅外光的感應能力為32.3％，經(jīng)過多次試驗，當E＞90％×5％×32.3％、即E＞1.45％時，可以認為人們能夠接受漆黑環(huán)境下的紅外拍攝效果。
由上面1和2的分析可以知道現(xiàn)有技術中通紅外的能力和白天顏色為一對不可以調和的矛盾。但是經(jīng)過本發(fā)明人的深入研究與大量實驗，得出當顏色修正率D＞34.15，紅外感應率E＞1.45％時候，是可以調和這對矛盾的解決辦法。
為使紅外感應率E＞1.45％的時候能取得更好的夜視效果，本發(fā)明的一個實施例中，在攝像機中使用新一代CMOS圖像傳感器，比如感光能力較強的APTINA公司的MT9V126或者MT9V136型圖像傳感器等。所述圖像傳感器比傳統(tǒng)圖像傳感器擁有更強的感光能力。如上述發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，通過減少紅外濾光片等對850納米波段的透光率，可以實現(xiàn)減少紅外光對圖像色彩還原的破壞，使攝像機在自然光下也能獲得色彩還原較佳的圖像效果。為此，本發(fā)明提出如下各種實施例 參閱圖8，本發(fā)明提出一種日夜兩用攝像裝置，用于在白天模式下和夜晚模式下進行攝像，包括 光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片； 在所述白天模式下所述光學系統(tǒng)的顏色修正率D＞34.15，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％， 其中， 所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)，所述E＝(Thj×Thl×Ths)； 所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，Ths為所述圖像傳感器對800-900納米紅外光的感應能力，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距，所述ΔC中的兩種像素是指ΔCMAX中紅外光感應能力之間存在最大差距所對應的兩種像素。
本實施例是利用上述的研究結果，使攝像機光學系統(tǒng)的顏色修正率大于34.15，也就是使光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例大于34.15。大于這個比例，可以使白天拍攝的圖像中紅外光對圖像色彩還原的破壞最少，在34.15這個數(shù)值，可以認為基本無偏色現(xiàn)象產(chǎn)生或可以忍受較小的偏色現(xiàn)象； 并且使攝像機光學系統(tǒng)的紅外感應率大于1.45％，也就是使所述光學系統(tǒng)在夜晚模式下其紅外光在進入所述光學系統(tǒng)前與進入所述光學系統(tǒng)后最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例為大于1.45％。大于這個比例，可以使夜晚能進行正常的紅外拍攝，在1.45％這個數(shù)值，可以認為基本能進行正常的紅外拍攝，能拍攝出基本清楚的物體。
在顏色修正率大于34.15以及紅外感應率大于1.45％的標準下，可以任意設計本發(fā)明日夜兩用攝像裝置的光學系統(tǒng)，比如單獨設計其濾光片，使其滿足上述標準，或綜合設計濾光片與圖像傳感器，或單獨設計圖像傳感器、鏡頭等等。
可以理解，區(qū)別于現(xiàn)有技術日夜兩用攝像機難以兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝而導致白天圖像偏色的情況，本發(fā)明通過對日夜兩用攝像機偏色原因進行分析，先設計在夜晚模式下光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，保證暗環(huán)境中能接收足夠的紅外光以進行正常的紅外拍攝，同時，研究得到在白天自然光拍攝情況下實現(xiàn)基本無偏色現(xiàn)象時的顏色修正率，在滿足所述顏色修正率的條件下可以相對現(xiàn)有技術大幅減少整個光學系統(tǒng)對850納米波段的透光率，實現(xiàn)減少紅外光對圖像色彩還原的破壞，使攝像機在自然光下也能獲得色彩還原較佳的拍攝效果。
進一步地、大量地實驗與實踐表明，當濾光片的850納米波段透光率在5％～35％之間的時候，即能滿足白天模式拍攝時圖像的色彩還原，又能滿足黑暗中在有850納米波段紅外燈的補光光源環(huán)境下，看得清被攝物體。
在一個實施例中，所述式中D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Tkj×Thl×ΔCMAX)的所述Tkj為90％，Tkl為90％，ΔC為25.9％，Thj為90％，Thl為小于35％，ΔCMAX為1.95％。
所述式中E＝(Thj×Thl×Ths)的Thj為90％，Thl為大于5％，Ths為32.3％。
也即相對現(xiàn)有技術僅改變?yōu)V光片對紅外光的透光率。
在另一個實施例中，所述Tkj為90％，Tkl為90％，ΔCMAX為1.95％、Thj為90％，Ths為32.3％、ΔC為25.9％，所述Thl的數(shù)值在5％～35％之間，優(yōu)選為6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％。
當然，上述濾光片對紅外光的透光率僅僅是舉例說明，還可以有更多的實施例，比如所述Thl的數(shù)值優(yōu)選在17％～20％之間，如17.5％、18.6％、或19.4％，或優(yōu)選在22％～26％之間等等。
本發(fā)明還提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的濾光片，所述濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率在5％～35％之間。
上述濾光片是專用于本發(fā)明日夜兩用攝像機，僅用一片濾光片，即可實現(xiàn)攝像機白天拍攝不偏色、晚間拍攝足夠清楚的技術效果。
上述濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率優(yōu)選為6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％。
本發(fā)明還提供一種應用于日夜兩用攝像裝置的光學系統(tǒng)，包括圖像傳感器， 所述光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例大于34.15， 并且所述光學系統(tǒng)在夜晚模式下其紅外光在進入所述光學系統(tǒng)前與進入所述光學系統(tǒng)后最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例為大于1.45％。
本光學系統(tǒng)實施例中，所述比例34.15和1.45％的設計并不限定是在某個元件中的改進，可以是光學系統(tǒng)中任何相關元件的設計，也可以是兩個或兩個相關光學元件的配合設計，以共同達到滿足比例34.15和1.45％的要求。
比如，除了所述圖像傳感器外，所述光學系統(tǒng)包括設置于所述圖像傳感器前面的鏡頭、以及位于所述鏡頭和圖像傳感器之間的濾光片，所述鏡頭或濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率在5％～35％之間，所述圖像傳感器可以是APTINA公司的MT9V126或者MT9V136型圖像傳感器。
本發(fā)明還提供一種日夜兩用攝像裝置，包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括圖像傳感器，所述光學系統(tǒng)的紅外失衡率F＝H/D＜3/155，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％， 其中， H＝(3·Tg1max-Tg1max-Tr1max-Tb1max)/(3·Tg1max+3.Tr1max+3·Tb1max)； 所述Tg1max、Tr1max、Tb1max分別是所述圖像傳感器的像素點G、R、B對來自常見紅外強反射參照物紅外光的轉換效率，所述D為光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例。所述常見紅外強反射參照物，可以如前述的綠葉等。
如前文所述，本文所述的紅外光對顏色的影響就是因為Tr1max、Tg1max、Tb1max的值比例搭配不當。當Tb0+Tb1max＞Tg0+Tg1max的時候，顏色就發(fā)生畸變。Tg1max/T0max的比例有個極限值，超過這個極限值即是不可接受的偏色現(xiàn)象，而小于等于這個值則認為無偏色或偏色現(xiàn)象可以接受。本實施例用另一種參數(shù)H來代替Tg1max/T0max，紅外失衡率H小于等于3/155時，可以認為無偏色或偏色現(xiàn)象可以接受。同時，本實施例也限定了在夜晚模式下的最低紅外感應率，即大于1.45％，以在夜晚提供足夠的紅外光給攝像機進行拍攝，并兼顧夜晚紅外拍攝與白天拍攝。
同樣，所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)＞34.15，所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。
值得說明的是，本發(fā)明各個實施例中，圖像傳感器的類型并非僅限于CMOS類型，可以是感應能力較強的CCD類型。本發(fā)明日夜兩用攝像裝置可以包括輔助紅外燈，也可以不包括輔助紅外燈，視實際情況而定。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種日夜兩用攝像裝置，用于在白天模式下和夜晚模式下進行攝像，包括
光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片；
其特征在于，
在所述白天模式下所述光學系統(tǒng)的顏色修正率D＞34.15，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，
其中，
所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)，所述E＝(Thj×Thl×Ths)；
所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，Ths為所述圖像傳感器對800-900納米紅外光的感應能力，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。
2.根據(jù)權利要求1所述的日夜兩用攝像裝置，其特征在于
所述式中D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)的所述Tkj為90％，Tkl為90％，ΔC為25.9％，Thj為90％，Thl為小于35％，ΔCMAX為1.95％。
3.根據(jù)權利要求2所述的日夜兩用攝像裝置，其特征在于
所述式中E＝(Thj×Thl×Ths)的所述Thj為90％，Thl為大于5％，Ths為32.3％。
4.根據(jù)權利要求1所述的日夜兩用攝像裝置，其特征在于
所述Tkj為90％，Tkl為90％，ΔCMAX為1.95％、Thj為90％，Ths為32.3％、ΔC為25.9％，所述Thl的數(shù)值在5％～35％之間，優(yōu)選為6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％。
5.一種應用于日夜兩用攝像裝置的濾光片，其特征在于
所述濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率在5％～35％之間。
6.根據(jù)權利要求5所述的應用于日夜兩用攝像裝置的濾光片，其特征在于
所述濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率優(yōu)選為6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％。
7.一種應用于日夜兩用攝像裝置的光學系統(tǒng)，包括圖像傳感器，其特征在于
所述光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例大于34.15，
并且所述光學系統(tǒng)在夜晚模式下其紅外光在進入所述光學系統(tǒng)前與進入所述光學系統(tǒng)后最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例為大于1.45％。
8.根據(jù)權利要求7所述的應用于日夜兩用攝像裝置的光學系統(tǒng)，其特征在于
所述光學系統(tǒng)包括設置于所述圖像傳感器前面的鏡頭、以及位于所述鏡頭和圖像傳感器之間的濾光片，
所述鏡頭或濾光片對800～900納米之間紅外平均透光率在5％～35％之間，所述圖像傳感器是MT9V126或者MT9V136型圖像傳感器。
9.一種日夜兩用攝像裝置，包括光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)包括圖像傳感器，其特征在于
所述光學系統(tǒng)的紅外失衡率F＝H/D＜3/155，在夜晚模式下所述光學系統(tǒng)的紅外感應率E＞1.45％，
其中，
H＝(3·Tg1max-Tg1max-Tr1max-Tb1max)/(3·Tg1max+3·Tr1max+3·Tb1max)；
所述Tg1max、Tr1max、Tb1max分別是所述圖像傳感器的像素點G、R、B對來自常見紅外強反射參照物紅外光的轉換效率，所述D為光學系統(tǒng)在白天模式下其可見光與紅外光最終為所述圖像傳感器感應到的能量比例。
10.根據(jù)權利要求9所述的日夜兩用攝像裝置，其特征在于
所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)＞34.15，
所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。
全文摘要
本發(fā)明公開一種日夜兩用攝像裝置及其濾光片、光學系統(tǒng)。所述日夜兩用攝像裝置包括光學系統(tǒng)，其包括鏡頭、圖像傳感器、位于所述鏡頭和傳感器之間的濾光片；所述光學系統(tǒng)的顏色修正率D＞34.15，紅外感應率E＞1.45％，其中，所述D＝(Tkj×Tkl×ΔC)/(Thj×Thl×ΔCMAX)，所述E＝(Thj×Thl×Ths)；所述Tkj為所述鏡頭對可見光的透光率，Tkl為所述濾光片對可見光的透光率，Thj為所述鏡頭對800-900納米之間紅外平均透光率，Thl為所述濾光片對800-900納米之間紅外平均透光率，Ths為所述圖像傳感器對800-900納米紅外光的感應能力，ΔCMAX為所述圖像傳感器中RGB各個像素對800-900納米之間紅外光平均感應能力之間的最大差距，ΔC為ΔCMAX中所述的兩種像素對可見光感應能力之間的最大差距。本發(fā)明可以實現(xiàn)日夜兩用攝像機拍攝效果較佳的技術效果。
文檔編號G03B11/00GK101610355SQ200910107218
公開日2009年12月23日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權日2009年5月5日
發(fā)明者張日和, 陳冠波 申請人:張日和, 張光輝, 先河系統(tǒng)有限公司