關(guān)于紅外鏡頭與可見光鏡頭的異同以及應(yīng)用分析

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(jī)、放映機(jī)用以生成影像的光學(xué)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(diǎn)，它們在攝影造型上的應(yīng)用，構(gòu)成光學(xué)表現(xiàn)手段；二指從開機(jī)到關(guān)機(jī)所拍攝下來的一段連續(xù)的畫面，或兩個(gè)剪接點(diǎn)之間的片段，也叫一個(gè)鐿頭。一指和二指，是兩個(gè)完全不同的概念，為了區(qū)別兩者的不同，常把一指稱光學(xué)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(jī)電路具有將其反轉(zhuǎn)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(diào)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(dòng)光圈或手動(dòng)光圈等類型。
(2) 依據(jù)焦距數(shù)字大小區(qū)分分類有標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭、望遠(yuǎn)鏡頭等類型。
(3) 依據(jù)光圈分分類有固定光圈式 ( fixed iris ) 、 手動(dòng)光圈式 ( manual iris ) 、自動(dòng)光圈式 ( auto iris ) 等類型。
(4) 依據(jù)鏡頭伸縮調(diào)整方式分類有電動(dòng)伸縮鏡頭、手動(dòng)伸縮鏡頭等類型。

2. 決定鏡頭品質(zhì)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(jià)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(shù)影響鏡片品質(zhì)。
(4) 機(jī)械裝置：鏡頭內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)精密度，影響鏡片移動(dòng)精確鍍及可靠度，品質(zhì)差機(jī)械結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生調(diào)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(bǔ)助的監(jiān)控環(huán)境中，使用普通的鏡頭即可;在有紅外光補(bǔ)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(dāng)然用普通鏡頭在紅外補(bǔ)助下也能看到畫面，只是畫面會變得模糊不清罷了，這點(diǎn)相信大家都深有體會。

其次，二者的價(jià)格不同:
專業(yè)的紅外鏡頭價(jià)格是普通鏡頭的好幾倍， 因?yàn)槭褂眉t外鏡頭白天和晚上都清晰，效果好自然貴。

二者性能和價(jià)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(diǎn)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(nèi)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(diào)清晰了，夜視模糊，或者夜視調(diào)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(jià)也就自然高了。

工作原理的詳細(xì)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(shí)呈像清晰，這就是為什么普通鏡頭無法實(shí)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(xué)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(xué)矯正，紅外光和可見光的焦平面不可能達(dá)到一致，只是在短焦距段時(shí)紅外效果可以勉強(qiáng)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(lǐng)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(xué)矯正

除特殊情況外，一般而言，單個(gè)球面透鏡不能校正色差，正透鏡產(chǎn)生負(fù)色差，負(fù)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(dāng)形狀的正、負(fù)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(jié)構(gòu)。這種雙膠合透鏡組減小色散的方法是常用的光學(xué)紅外矯正法。

經(jīng)過光學(xué)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(xué)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(xué)矯正無法使兩者同時(shí)呈像清晰。

紅外鏡頭之核心級-----ED玻璃矯正

為了實(shí)現(xiàn)紅外光和可見光同時(shí)清晰，必須保證二者的聚焦平面在同一焦平面上。光學(xué)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(shí)際對焦于同一平面，近紅外不離焦，從而實(shí)現(xiàn)白天夜晚24小時(shí)高清。

長焦距段鏡頭對紅外矯正要求更為嚴(yán)格，必須使用ED玻璃進(jìn)行紅外矯正，保證紅外光和可見光焦平面一致，才能實(shí)現(xiàn)真正的日夜高清。其實(shí)從運(yùn)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(yùn)用真紅外實(shí)現(xiàn)白天黑夜真高清，我們也可以看出，主流鏡頭廠商對實(shí)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(diǎn)，因?yàn)殓R頭內(nèi)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(xué)矯正對焦平面的偏移影響極小，調(diào)焦后，白天和夜晚清晰度相差巨大，無法實(shí)現(xiàn)日夜高清。

鏡頭紅外矯正對比圖：

√ 調(diào)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(diào)節(jié)焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；夜晚調(diào)節(jié)清晰后，白天呈像不清晰。經(jīng)過光學(xué)紅外矯正后，白天調(diào)節(jié)焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；但夜晚調(diào)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(dá)到紅外矯正后的鏡頭一旦畫面調(diào)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(shí)的光學(xué)圖

經(jīng)過ED玻璃紅外矯正，光透過鏡片時(shí)的光學(xué)圖

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

多層復(fù)合鍍膜技術(shù)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(shí)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(shù)（IR Coating），可以提升近紅外的透光率，能為紅外鏡頭更好的實(shí)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(shí)現(xiàn)日夜高清。IR鏡頭的應(yīng)用場所非常廣泛，并能實(shí)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(shí)，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(dá)鏡頭后，因?yàn)橛蠩D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(jī)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(shí)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(shí)物圖

其實(shí)，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(yùn)用ED玻璃紅外矯正、紅外多層鍍膜IR Coating紅外增透技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)紅外不偏焦，保證白天夜晚全天候達(dá)到200萬高清效果。

外觀圖

鏡頭內(nèi)部鏡片結(jié)構(gòu)剖視圖

注：AVENIR ETOKU精工SL8585IRMP鏡頭外觀圖和鏡頭內(nèi)部鏡片結(jié)構(gòu)剖視圖。

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

這款鏡頭的設(shè)計(jì)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(shí)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