1、概述
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們安全防范意識的提高，30年來安防業(yè)得到迅猛的發(fā)展，加之“平安城市”口號的提出和實施，給安防行業(yè)強有力的推動。圖像傳感器和光學技術(shù)不斷進步，日夜監(jiān)控攝像機從以前白天看得清、晚上看得見，逐漸提升到百萬像素攝像機的白天看得細、晚上看得清的要求，作為攝像機核心部件的光學鏡頭在日夜兩用方面提出更高的要求，主要困擾之一就是光學鏡頭晚上紅外離焦(也稱偏焦、失焦)問題，目前市場上提供的鏡頭都號稱帶有IR矯正功能滿足日夜兩用的要求，但在攝像機工廠或者客戶使用過程中并非如此，往往存在到晚上就變模糊或者清晰度下降現(xiàn)象和虛標鏡頭參數(shù)的行為，如何檢測和甄別光學鏡頭紅外偏焦的參數(shù)指標是擺在行業(yè)內(nèi)共同課題。
2、鏡頭產(chǎn)生紅外離焦的原因
目前安防重點和難點是晚間監(jiān)控，行業(yè)普遍采用晚上850nm紅外燈作為輔助光源，要求光學鏡頭在白天可見光和850nm紅外光都能看得清楚。但由于玻璃存在色散現(xiàn)象(玻璃對不同波長的光具有不同折射率特性所致)導致鏡頭很難保證從可見光(400～700nm)到紅外光850nm時焦平面是一致的，晚上切換到紅外燈時會產(chǎn)生焦平面偏移，晚上會產(chǎn)生圖像模糊的現(xiàn)象，俗稱跑焦或者偏焦。
玻璃的色散特性 可見光和紅外光焦平面偏移
3、鏡頭IR矯正
隨著百萬高清IP攝像機越來越普及，現(xiàn)在安防行業(yè)監(jiān)視主要任務要解決晚上監(jiān)控從看得見上升到看得清問題，要求一種從可見光譜到近紅外光都能適應的寬光譜攝像鏡頭。它與普通鏡頭的差別是用近紅外LED主動式照明，根據(jù)市場日夜兩用鏡頭技術(shù)性能來分，主要有國內(nèi)和國外兩種方式：
國內(nèi)鏡頭制造商：主要采用了《高清晰寬光譜共焦面視頻攝像鏡頭》專利技術(shù)，把光譜范圍分為可見光譜區(qū)和近紅外光譜區(qū)，提出了寬光譜共焦面來評價鏡頭的成像質(zhì)量觀點來設計IR矯正鏡頭。
國外鏡頭制造商：主要采用非球面、低色散系數(shù)玻璃、偏離阿貝系數(shù)直線的玻璃對組合的選取、減少可見光與近紅外光像面偏移。
設想的鏡頭IR矯正
4、目前檢測和甄別鏡頭紅外離焦方法
目前絕大多數(shù)的攝像機工廠或者光學廠家檢測鏡頭紅外離焦往往都是采用白天和暗房對比法，依靠肉眼人工目視方法來判斷，即生產(chǎn)或者品檢人員將攝像機鏡頭對著景物或者樣板調(diào)好鏡頭焦面，然后到暗房看紅外對焦的效果是否滿足清晰的要求。全靠人工去判斷，個人主觀因素影響很大，沒有專業(yè)的檢測設備能定量檢測鏡頭紅外離焦的性能高低、好壞，難于保證攝像整機產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。
紅外攝像機 暗房
5、檢測紅外離焦性能儀器
福州銳景達光電科技有限公司根據(jù)市場需求,結(jié)合光學、精密機械、電子、軟件等專利技術(shù)，國內(nèi)首創(chuàng)開發(fā)了涵蓋鏡頭紅外離焦量測量等多項參數(shù)的“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測儀”，是一種自動計算、記錄和顯示一體化的智能檢測儀器。可直接測量鏡頭紅外離焦的各項性能指標，為定量分析鏡頭IR矯正性能提供了依據(jù)和參考，也為行業(yè)客戶提供了一種檢測和甄別鏡頭紅外離焦性能的工具和手段。下圖是實際測量結(jié)果截圖。
鏡頭參數(shù)檢測儀紅外離焦實測結(jié)果截圖
實測結(jié)果記錄下面四個參數(shù)值(焦距f=6mm)：
第一：白天(白光)時最佳清晰度為151線對/mm;
第二：切換到紅外(850nm)時由白天151線對/mm下降到36線對/mm
第三：晚上紅外時最佳清晰度為126線對/mm
第四：鏡頭紅外離焦量為0.050mm(俗稱為5絲)
結(jié)果分析得知：
1)、如果攝像機在白天調(diào)整到最佳清晰度，等晚上切換到紅外時，清晰度時由白天151線對/mm下降到36線對/mm、下降了74%，(假設用1/2.7” SENSOR的話，即由白天近200萬像素的清晰度下降到晚上連30萬像素都不到)，白天和晚上清晰度下降很多，肉眼明顯感覺到圖像模糊。
2)、鏡頭紅外離焦量為0.050mm,說明白天和晚上焦平面有0.050mm偏移，偏移量較大，說明IR矯正設計并不理想，即攝像機工廠在實際聚焦的過程中，很難找到一個折中的焦平面位置。
3)、紅外時最佳清晰度為126線對/mm,比較接近白天的151線對/mm,這個參數(shù)有待進一步提升。
6、鏡頭IR矯正性能優(yōu)劣的探討
銳景達公司利用“高效在線式鏡頭參數(shù)檢測儀”對國內(nèi)外各個廠家生產(chǎn)的固定或者變焦IR鏡頭(焦距f=2.8mm到f=16m)進行了測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然各廠家都宣稱其鏡頭都具有IR矯正功能，但就四項指標的測量結(jié)果來看，各個生產(chǎn)商的鏡頭有較大差異，結(jié)合其客戶反饋信息來看，測量性能指標低的，客戶普遍反饋差，性能指標高的，客戶普遍反饋良好?？梢娡ㄟ^此檢測儀測量的指標數(shù)值如實反應了鏡頭的性能和客戶使用的結(jié)果。總結(jié)如下(下面數(shù)值僅供行業(yè)內(nèi)參考)：
1)、鏡頭紅外離焦量值越小越好。如果應用在模擬標清(35～70萬像素)的攝像機時，離焦量不大于0.040mm(俗稱4絲);如用于百萬高清的IP攝像機(100～300萬像素)的話，離焦量不大于0.020mm(俗稱2絲)，離焦量越大、攝像機生產(chǎn)或者使用很難找到一個兼顧白天、晚上清晰度都能接受的焦平面。
2)、鏡頭從白天切換到紅外時的清晰度下降不能太大。如果用在模擬標清(35～70萬像素)的攝像機時，建議其下降度不能超過50%;如果用在百萬IP(130～300萬像素)攝像機時，建議其下降度不能超過30%;否則在晚上紅外模式時會明顯感覺到模糊。
3)、鏡頭紅外離焦補償方法。根據(jù)測量得到的紅外離焦量數(shù)值來計算IR-CUT補償片厚度差(即白天補償片厚度減晚上補償片厚度。因白天比晚上用的厚些)。厚度差約=3*紅外離焦量(mm)，此時所用補償片材料為K9玻璃(折射率為1.517)。原理是使白天的焦平面往后移，接近晚上紅外時的焦平面位置，這樣就達到白天/晚上共焦面的目的。但使用這種方式來補償紅外偏移量較大(比如大于0.040mm)的鏡頭時，在晚上既有燈光又有紅外燈的情況下，就會發(fā)現(xiàn)燈光覆蓋的部分比較模糊、紅外燈覆蓋的部分比較清晰的缺陷，總體感覺整個畫面不夠清晰。建議一般用于晚上純紅外照明的室內(nèi)環(huán)境使用為佳。如果紅外離焦量小，不建議使用補償片。
4)、當前百萬高清的IP攝像機不但對鏡頭清晰度要求越來越高(從普通63線對/mm到200線對/mm),而且對日夜兩用鏡頭的紅外離焦量要求越來越小。鏡頭制造商將來的目標就是消除紅外離焦。
5)、選擇一款好的日夜兩用鏡頭，除了紅外離焦性能指標外，還要兼顧其它的指標：清晰度、通光量(F數(shù))、焦距等，是一個多參數(shù)綜合選擇的結(jié)果。
