CN103293829B - 日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法，所述日夜切换相机包括镜头和滤光片切换机构，滤光片切换机构上设有可见光滤光片和红外滤光片，所述补偿方法是使可见光滤光片的厚度大于红外滤光片的厚度，可见光滤光片使可见光的后焦偏移的距离大于红外滤光片使红外光的后焦偏移的距离，利用滤光片造成的后焦偏移距离差补偿镜头造成的后焦距差，从而使可见光与红外光的后焦距一致。本发明巧妙地利用了可见光滤光片与红外滤光片的厚度差，利用滤光片造成的后焦偏差补偿镜头造成的后焦偏差，从而使可见光与红外光的后焦一致。这样，在不需要调焦的情况下，也能保证日夜切换相机的成像清晰度。

Description

日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法

技术领域

本发明涉及一种相机，具体涉及一种由于成像光线波长变化，而造成日夜切换相机后焦距不一致的解决办法。

背景技术

日夜切换相机可以在白天利用可见光拍摄彩色图片，在夜间利用红外光拍摄黑白图片。为了保证相机在白天和夜晚两种环境下的成像效果，在日夜切换相机中需要设置滤光片切换机构。该切换机构具有两片滤光片，分别为可见光滤光片和红外滤光片。白天时，相机使用可见光滤光片，只有可见光能够通过；晚上使用红外滤光片，只有红外光可以通过。

日夜切换相机白天利用可见光成像，晚上利用红外光成像，由于不同波长的光线相对于同一介质的折射率会有不同(波长越长，折射率越小)，那么可见光(波长400nm-700nm)和红外光(波长850nm)通过前方镜头的折射后，对应的后焦距就会不一致。对于固定场景而言，在白天对焦使图像最清晰后，到了夜间采用红外成像时，又需要重新对焦才能使得图像清晰。但用于交通监控领域的监控相机一般都针对固定场景设置确定焦段，无法实时对焦，故而会导致白天与夜晚的图像清晰度差距较大。增加焦距自动调节装置，虽然可以解决这个问题，但无疑会增加相机结构的复杂程度，同时也增加了相机成本。

因此，这种监控相机因日夜切换而造成的图像清晰度不稳定的问题，仍然有待于解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法，以克服现有的日夜切换相机图像清晰度不稳定的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法，所述日夜切换相机包括镜头和滤光片切换机构，滤光片切换机构上设有可见光滤光片和红外滤光片，所述补偿方法是使可见光滤光片的厚度大于红外滤光片的厚度，可见光滤光片使可见光的后焦偏移的距离大于红外滤光片使红外光的后焦偏移的距离，利用滤光片造成的后焦偏移距离差补偿镜头造成的后焦距差，从而使可见光与红外光的后焦距一致。

优选地，所述滤光片切换机构设置在镜头的后面。

优选地，所述可见光滤光片和红外滤光片均为平板玻璃片，所述平板玻璃片对可见光和红外光的折射率相同，所述平板玻璃片的厚度小于2mm。

进一步地，所述可见光滤光片与红外滤光片的厚度差其中ΔL为可见光与红外光通过镜头后所产生的后焦距差，n为平板玻璃片对可见光和红外光的折射率，α为光线的入射角度。

本发明的有益效果是，巧妙地利用了可见光滤光片与红外滤光片的厚度差，利用滤光片造成的后焦偏差补偿镜头造成的后焦偏差，从而使可见光与红外光的后焦一致。这样，在不需要调焦的情况下，也能保证日夜切换相机的成像清晰度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是光线通过滤光片后产生折射的示意图。

图2是L/d与入射角α之间的关系曲线。

具体实施方式

本发明所涉及日夜切换相机包括镜头和滤光片切换机构，滤光片切换机构上设有可见光滤光片和红外滤光片，光线(可见光或红外光)通过镜头和滤光片后在CCD上成像。由于镜头对可见光和红外光的折射率不同，使可见光和红外光成像的后焦距产生不一致，红外光的后焦距更大一些，不妨将红外光后焦距减去可见光后焦距的差值记为ΔL。现有技术中都采用厚度相同的可见光滤光片和红外滤光片，虽然滤光片对可见光和红外光的折射率也有差异，但由于差异比较微小，再加上滤光片都是厚度很小的平板形薄片，因此可以认为厚度相同的滤光片对可见光和红外光后焦距的影响是相同的。这样，在有滤光片存在的情况下，红外光与可见光的后焦距仍然存在偏差ΔL，正是由于该ΔL存在，会使相机在白天与夜间成像的清晰度不一致。

为了克服上述日夜切换相机成像清晰度不一致的缺陷，本发明从分析滤光片厚度对后焦距的影响入手，寻找解决该问题的技术方案。

如图1所示，首先考虑厚度为d的透明介质(比如滤光片)对于汇聚光线(相当于通过镜头的光线)汇聚点位置的影响。

若没有透明介质，入射角为α的光线将汇聚于A点；若其间通过厚度为d、折射率为n的透明介质，由于光的折射，会导致光路的变化并最终使光线汇聚于B点，折射角为β。

下面分析A点与B点之间的距离L与透明介质的厚度d之间的关系。

由折射率公式可以得到角α及β的关系：sinα＝sinβ·n(公式1)

再根据d、L与α之间的几何关系，可以得到：(公式2)

当折射率n一定时，通过Matlab仿真可以得到L/d与入射角α的映射关系曲线，如图2所示。

又，由镜头光圈值F的计算公式可以得到：α＝arccot(2F)(公式3)

鉴于C口镜头的光圈值以1.4及2.8为主，对应的入射角α(弧度值)分别约为0.343及0.177，将n＝1.523(常用滤光片玻璃的折射率)及上述两个α值分别代入公式2，可以得到：F＝1.4时，L/d＝0.366；F＝2.8时，L/d＝0.349，二者相差不超过5％，在图2中也标注出了这两个不同F值下对应的两个点。

计算结果及图2所示的曲线均表明，在常用F值下，由于对应的α值较小，可以认为L/d近似为常数。也就是说，在一定范围内，光线汇聚点后移的距离L与滤光片厚度的d大致成正比关系。并且，由于玻璃滤光片对可见光与红外光的折射率n可以认为几乎是相同的，这样不论是在可见光下，还是在红外光下，L/d均为相同的常数

所以，可以用不同厚度的滤光片来弥补不同波长光线通过镜头时产生的后焦距差，假设红外光与可见光通过镜头后所产生的后焦距差为ΔL，如果由红外滤光片与可见光滤光片厚度差导致的后焦偏移距离差也为ΔL，但方向相反，则可以起到补偿作用，可以使红外光与可见光的后焦距达到统一。根据公式2，对应于后焦偏移距离差ΔL，红外滤光片与可见光滤光片的厚度差应为 $\mathrm{\Δd}=\frac{\mathrm{\ΔL}}{1-\frac{\cos \mathrm{\α}}{\sqrt{n^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}}}.$

因此，本发明日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法是使可见光滤光片的厚度大于红外滤光片的厚度，由于可见光滤光片使可见光的后焦偏移的距离大于红外滤光片使红外光的后焦偏移的距离，利用滤光片造成的后焦偏移距离差补偿由镜头造成的后焦距差，从而使可见光与红外光的后焦距一致。这样在此固定焦距下，可见光和红外光都可以清晰成像。

滤光片切换机构设置在镜头的后面，光线先通过镜头，再通过滤光片在CCD上成像。优选地，所述可见光滤光片和红外滤光片均为平板玻璃片，所述平板玻璃片对可见光和红外光具有大致相同的折射率n，所述平板玻璃片的厚度均小于2mm。在这种情况下，可以不用考虑滤光片对可见光和红外光的折射率差异。

对于不同波长的光线通过镜头后引起的后焦变化，可以通过改变镜头与CCD间滤光片切换机构上的两片滤光片的厚度来实现补偿，使不同波长光线的后焦距一致，这是本发明的发明构思。

Claims (3)

1.一种日夜切换相机后焦距不一致的补偿方法，所述日夜切换相机包括镜头和滤光片切换机构，滤光片切换机构上设有可见光滤光片和红外滤光片，其特征是，所述补偿方法是使可见光滤光片的厚度大于红外滤光片的厚度，可见光滤光片使可见光的后焦偏移的距离大于红外滤光片使红外光的后焦偏移的距离，利用滤光片造成的后焦偏移距离差补偿由镜头造成的后焦距差，从而使可见光与红外光的后焦距一致，所述可见光滤光片与红外滤光片的厚度差，其中△L为可见光与红外光通过镜头后所产生的后焦距差，n为平板玻璃片对可见光和红外光的折射率，α为光线的入射角度。

2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是，所述滤光片切换机构设置在镜头的后面。

3.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征是，所述可见光滤光片和红外滤光片均为平板玻璃片，所述平板玻璃片对可见光和红外光的折射率相同，所述平板玻璃片的厚度小于2mm。