Was ist ein IR-Sperrfilter? und Wie funktioniert ein IR-Sperrfilter?

In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach Videoüberwachung tagsüber und nachts deutlich gestiegen. Wie wir alle wissen, sind Kameramodule vergleichbar mit den Augen eines visuellen Systems. Sie müssen Echtzeitbilder erfassen, ähnlich wie das menschliche Auge, und ihre Sensoren können auch nahezu unsichtbares Infrarotlicht detektieren. Allerdings machen die physikalischen Eigenschaften der Bildsensoren diese besonders empfindlich gegenüber Infrarotlicht, was zu Farbverfälschungen in den tagsüber aufgezeichneten Bildern führen kann.

Als Berater, der sich auf Kameramodule spezialisiert hat, liefert dieser Artikel ein umfassendes Verständnis von IR-Sperrfiltern. Wir werden untersuchen, wie sie funktionieren, warum sie so wichtig sind und wie sie eingesetzt werden können, um Probleme zu lösen, die bei der Tageslichtumschaltung in eingebetteten Sehsystemen auftreten.

Was ist Infrarot?

Infrarotlicht ist eine Art elektromagnetische Welle, die für das menschliche Auge unsichtbar ist und eine längere Wellenlänge als sichtbares Licht besitzt. Generell kann das menschliche Auge Licht mit Wellenlängen zwischen 320 nm und 760 nm wahrnehmen. Infrarotlicht hingegen umfasst den Wellenlängenbereich von 700 nm bis 1000 nm im elektromagnetischen Spektrum. In unserem Alltag nutzen Geräte wie Fernbedienungen und Wärmebildkameras die Eigenschaften von Infrarotlicht.

Obwohl für das menschliche Auge unsichtbar, können Bildsensoren wie CMOS- und CCD-Sensoren dieses Licht erfassen. Diese Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht kann zu Farbverfärbungen in Tageslichtaufnahmen führen.

Was ist ein IR-Sperrfilter?

Ein IR-Sperrfilter, auch als Infrarot-Sperrfilter bekannt, ist ein optischer Filter, der zwischen Kameraobjektiv und Bildsensor eingebaut wird. Er lässt sichtbares Licht hindurch und blockiert gleichzeitig das Infrarotlicht, sodass dieses den Sensor nicht erreicht.

Dieser Filter ist in modernen Kameramodulen nahezu Standard. Es handelt sich typischerweise um ein winziges Glasstück oder eine Beschichtung mit spezialisierter Dünnfilm-Technologie, und seine Anwesenheit bestimmt die Bildgebungseigenschaften der Kamera.

Wie funktioniert ein IR-Sperrfilter?

Das Funktionsprinzip eines IR-Sperrfilters beruht hauptsächlich auf seiner einzigartigen Dünnfilm-Beschichtung. Diese Beschichtung ist typischerweise ein Dielektrikum, das durch den Einsatz des Lichtinterferenzeffekts gezielt bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektiert oder durchlässt.

Im Tagmodus befindet sich der IR-Sperrfilter vor dem Sensor, reflektiert das Infrarotlicht und lässt sichtbares Licht hindurch. In der Nacht oder bei schlechten Lichtverhältnissen wird er aus dem Weg geschwenkt, sodass Infrarotlicht den Sensor erreicht und somit die IR-Beleuchtung für Nachtsicht unterstützt.

Das mechanische Umschalten dieses Filters zwischen Tag und Nacht ist entscheidend für die 24/7-Überwachungsfähigkeit moderner Sicherheitskameras.

Die Beziehung zwischen IR-Filter-Kameras und IR-Sperrfiltern

Bei hellem Tageslicht verlassen sich IR-Filter-Kameras auf einen IR-Sperrfilter, um ordnungsgemäß funktionieren zu können. Ohne diesen Filter erfasst der Bildsensor sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht.

Da der Sensor für infrarotes Licht empfindlicher ist als das menschliche Auge, kann dies zu einer unnatürlichen Farbstichigkeit in den Bildern führen. Beispielsweise können Objekte, die eigentlich schwarz sein sollten, violett oder braunrot erscheinen.
IR-Filter-Kameras blockieren dieses überschüssige Infrarotlicht und stellen sicher, dass nur sichtbares Licht den Sensor erreicht, wodurch echte und genaue Farben wiedergegeben werden. Dies ist die grundlegendste und wichtigste Funktion des Filters.

Drei Gründe, einen IR-Sperrfilter zu verwenden

Bei der Entwicklung von Embedded-Vision-Systemen werden IR-Sperrfilter typischerweise aus den folgenden drei Kerngründen eingesetzt:

• Farbwiedergabe ermöglichen: Dies ist der primäre Grund. Der Filter beseitigt die Störung des Infrarotlichts auf die Bildfarben und stellt sicher, dass die Farbdarstellung der Kamera bei Tageslicht dem entspricht, was das menschliche Auge wahrnimmt.
• Verbesserung der Bildschärfe: Infrarotlicht und sichtbares Licht haben unterschiedliche Fokussierebenen. Ohne Filterung führt dies zu unscharfen Bildern. Ein IR-Sperrfilter stellt sicher, dass das gesamte Licht auf den Sensor fokussiert wird, wodurch die Bildschärfe und Klarheit verbessert werden.
• Erfüllung der Anforderungen für den Tag/Nacht-Moduswechsel: Für Sicherheitsüberwachungsgeräte, die rund um die Uhr betrieben werden, ermöglichen IR-Sperrfilter den automatischen Wechsel zwischen Farbmodus am Tag und Schwarz-Weiß-Modus in der Nacht. Damit sind sie eine entscheidende Komponente zur Realisierung der Zweitmoden-Bildgebung.

Ihre Rolle in IR-Überwachungskameras

IR-Sperrfilter sind in IR-Überwachungskameras (Infrarot-Überwachungskameras) von hohem Wert. Diese Kameras müssen sich an eine Vielzahl von Lichtbedingungen anpassen können, von hellem Tageslicht bis hin zu völliger Dunkelheit in der Nacht.

Tagsüber schaltet sich der Filter automatisch in Position, blockiert Infrarotlicht und gewährleistet so eine authentische Farbdarstellung in den aufgezeichneten Videos. Bei niedrigen Lichtverhältnissen entfernt das System den Infrarot-Sperrfilter und aktiviert die IR-Leuchten der Sicherheitskameras, wodurch diese in einen hochsensitiven Schwarz-Weiß-Nachtsichtmodus wechseln.

Dieser nahtlose Übergang zwischen Tag und Nacht ist die Schlüsseltechnologie, die IR-CCTV-Kameras in die Lage versetzt, eine 24/7 Überwachung zu gewährleisten und zu einer Standardlösung in der Sicherheitsbranche zu werden.

IR-Leuchten für Sicherheitskameras

IR-Leuchten für Sicherheitskameras (Infrarot-Fülllichter) und IR-Sperrfilter arbeiten eng zusammen. Der IR-Sperrfilter bestimmt die Bildqualität der Kamera am Tag, während derselbe Filter auch die Nachtsichtfähigkeiten der Kamera beeinflusst.

Tagsüber ist der Filter aktiv und das Fülllicht ausgeschaltet. Nachts wird der Filter entfernt und das Fülllicht eingeschaltet. Nur so kann die Kamera im Dunkeln das Infrarotlicht des Fülllichts empfangen und Objekte in der Szene klar erfassen.

Die genaue Abstimmung zwischen beiden ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Kamera in jedem Umfeld hochwertige Bilder liefert und ist ein zentrales Kriterium beim Design von Embedded-Vision-Systemen.

Minolta Infrarotfilter

Minolta Infrarotfilter existieren bereits seit der Zeit der Filmfotografie. Diese Filter werden hauptsächlich für spezielle fotografische Zwecke verwendet, beispielsweise um einzigartige Schwarz-Weiß-Infrarotbilder zu erzeugen. Im Gegensatz zu den in modernen Kameramodulen verbauten automatisch schaltenden IR-Sperrfiltern werden diese Filter typischerweise manuell an das Objektiv angebracht.

Obwohl sich die Technologien unterscheiden, sind die Prinzipien dieselben: die Steuerung der Menge des Infrarotlichts, das den Sensor erreicht. Das Verständnis dieses historischen Kontexts kann uns helfen, die Bedeutung von Infrarot-Sperrfiltern in der Entwicklung der Bildgebungstechnologie vollständiger zu würdigen.

UV-IR-Sperrfilter

Zusätzlich zu den gängigen IR-Sperrfiltern gibt es fortgeschrittenere UV/IR-Sperrfilter. Diese Filter blockieren sowohl ultraviolettes als auch infrarotes Licht und bieten somit Schutz über einen breiteren Spektralbereich. Für professionelle Anwendungen, die eine äußerst hohe Bildqualität erfordern, wie medizinische Bildgebung und wissenschaftliche Forschung, eliminieren diese Filter Störungen durch ultraviolettes und infrarotes Licht effektiv und gewährleisten die Reinheit und Genauigkeit der Bilder. Dies ist besonders wichtig in Bereichen, die auf präzise Pixeldaten angewiesen sind.

Zusammenfassung

IR-Sperrfilter sind eine unverzichtbare Kernkomponente in der modernen mit einem Gehalt an Strom von mehr als 10 W . Durch die optische Filterung zwischen sichtbarem und infrarotem Licht lösen sie das Problem der Farbstichbildung von Bildsensoren bei Tageslichtaufnahmen und ermöglichen Infrarot-Nachtsichtfähigkeiten. Das Verständnis der Prinzipien, Funktionen und Anwendungsszenarien von IR-Cut-Filtern ist essentielles Wissen für jeden Embedded-Vision-Ingenieur. Sie bestimmen nicht nur die Farbgenauigkeit eines Bildes, sondern auch den zuverlässigen Betrieb eines Sicherheitsüberwachungssystems zu jeder Zeit.

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