关于IR_CUT滤光片切换器技术分析介绍

IR_CUT滤光片切换器简介

IR=infrared=红外线，IR_CUT，红外滤光片切换器，简言之，是由滤光片（一片红外截止或吸收滤光片和一片全透光谱滤光片）+动力部分（可以是电磁、电机或其他动力源）构成的，用于让滤光片白天切换到不感红外滤光片和晚上切换到感红外滤光片的红外摄像机配件。

红外光对摄像机成像的影响

物质吸收光并激发出自由电子的行为称为光电效应。正是由于光具有光电效应，科学家发明了光耦合成像技术，包括CCD：全称Charge Coupled Device即电荷耦合器件；和CMOS：全称Complementary Metal Oxide Semiconductor，即互补金属氧化物半导体。所有的摄像机成像部分都是通过CCD或者CMOS SENSOR这一图像传感器来实现的。

自然界存在着各种波长的光线，人眼识别光线的波长范围在320nm-760nm之间，可见光区不同频率的光会呈现不同的颜色，依次为红:605nm-700nm,橙:595-605,黄:580-595,绿:500-560,青:480nm-490nm,蓝:435nm-480nm,紫:400-435。而超过320nm-760nm的光线人眼就无法见到，比如红外光、紫外线等。而CCD或者CMOS成像，不仅捕捉人眼可见光，也会捕捉红外光。任何在绝对零度（-273℃）以上的物体都对外发射红外线，不过有强弱大小，而且我们普遍采用的红外补光灯，光谱功率分布为中心波长830～950nm，也为普通CCD和CMOS可感受的范围。

光是沿直线传播的，但是当光线穿越不同介质时，会产生直射、反射、折射、衍射、偏振等不同的物理特性。因此，当可见光和红外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，当我们将可见光所成图像调试好，也就是所谓图像聚焦和后焦调整，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。常见的现象包括虚焦、偏色、摩尔纹等。

红外滤光片的作用

滤光片，简单来说，就是能衰减光强度，改变光谱成分或限定振动面的光学零件。红外滤光片，就是能够滤除红外光线的光学零件，一般使用镀膜的方法或蓝玻璃。

镀膜分真空镀膜和化学镀膜两种，这两种我们都称之为IRCoating。IRCoating能滤除650nm波长以上的光，能够满足一般要求不高的CCD摄像机的要求；而对于不同品牌、规格、型号的CMOS，由于存在红外半峰带宽的问题，它们感应红外光的条件是不一样的，因此必须针对每一款产品，镀与之相适应、截止不同波长波段的膜，以达到最佳效果。蓝玻璃是用“吸收”的方式过滤红外光，可过滤630nm波长以上的光，并且过滤比较彻底。

另外，滤光片还要加上所谓的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，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，滤光片有ARCoating的保护也就不容易起雾了。

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。

综上所述，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。

我们绞尽脑汁把红外光滤除了，可是红外光并不是一无是处。当年我们的摄像机只有白天用，晚上却是两眼一抹黑。当人们对低照度夜视有要求的时候，又想起了被我们滤掉的红外光。为了解决这一问题，便开发出双峰值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波长吸引，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。

IRCUT双滤光片技术

双滤光片技术，在不同的地方，有不同的名称，欧美称之为IRCUT；中国***地区称之为ICR；中国大陆称之为双滤光片切换器。

IRCUT双滤光片切换器能让普通日夜型摄像机在晚上和白天分别使用不同的滤光片工作，因而能有效解决双峰单滤光片日夜不能兼顾而产生的问题。

IRCUT双滤光片切换器由一个红外截止低通滤光片、一个全光谱光学玻璃、动力机构以及外壳组成，它通过一块电路控制板来进行切换、定位。当白天的光线充分时，电路控制板驱使切换器切换并定位到红外截止滤光片工作，CCD或CMOS还原出真实色彩；当夜间可见光不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，这时，它能感应红外灯的红外光，使CCD或CMOS充分利用到所有光线，从而大大提高了红外摄像机的夜视性能，整个画面也就清晰自然了。

IRCUT双滤光片切换器的驱动方式和机构多种多样，主要分电感线圈式和电机式两种，它们各有千秋。电感线圈式又分线圈运动或磁铁运动，以及直线运动或钟摆运动等。线圈驱动方式的体积小，造价低，但驱动力小，自锁能力差，线圈运动的寿命很短，而磁铁运动的寿命很长，钟摆运动方式的相对自锁能力较好，但不能驱动大尺寸滤光片的。

电机式又分齿轮齿条式、蜗轮蜗杆式和螺旋副式等。螺旋副式的结构紧凑，动力大，自锁力强，是一种较好的选择。

IRCUT的驱动控制

由于CCD和CMOS图像传感器对红外光的不同特性，CCD摄像机一般不需要使用IR_CUT，而CMOS摄像机都会采用IR_CUT，使用IR_CUT，会同步配合摄像机图像的黑白转换，在夜间图像转为黑白，红外摄像机还会在夜间图像转黑白的时候，同步开启红外补光灯。

为了得到正确的图像，IR_CUT切换、图像黑白转换、红外灯开关三项动作必须保持同步进行，这个同步动作通过摄像机的硬件和软件设计来完成。而呈现给用户的，这三项其实就是一个菜单项，不同的摄像机可能叫法不一样，常见的有彩黑转换、日夜转换、红外控制等。

控制IR_CUT切换有几种不同的控制方式，一般包括：外部控制，程序控制，手动控制。不管是哪种控制方式，都要决定在什么环境下，即环境照度或者每天天黑天亮的什么时间点做转换。

外部控制，通过光敏电阻（一般集成在红外灯板上）检测环境照度，并转换成电信号反馈主板做判断，主板通过判断，通过信号控制IR_CUT的切换。

程序模式，又分为定时模式，和照度模式。定时模式是在摄像机里直接设置每天的固定时间做转换，这个仅适用于环境照度变换很规律的场景。照度模式，则是支持通过程序设定在某个具体的照度阈值上做转换，而照度值的来源则是主板通过摄像机的画面分析场景的照度来取得。

手动控制则比较简单，即在摄像机的菜单选项里，直接设置ICR ON或ICR OFF。（不同摄像机的叫法不同）。