关于红外镜头与可见光镜头的异同以及应用分析

红外成像

红外镜头与可见光镜头的区别

镜头在影视中有两指，一指电影摄影机、放映机用以生成影像的光学部件，由多片透镜组成。各种不同的镜头，各有不同的造型特点，它们在摄影造型上的应用，构成光学表现手段；二指从开机到关机所拍摄下来的一段连续的画面，或两个剪接点之间的片段，也叫一个镱头。一指和二指，是两个完全不同的概念，为了区别两者的不同，常把一指称光学镜头，把二指称镜头画面。

镜头的主要功能为收集被照物体反射光并将其聚焦于CCD上，其投影至CCD上之图像是倒立， 摄像机电路具有将其反转功能，其成像原理与人眼相同。

1. 镜头的分类

镜头的分类又可依焦距、依焦距数字大小、依光圈分和依镜头伸缩调整等方式分类。
(1) 依据焦距分类有固定焦距式、伸缩式、自动光圈或手动光圈等类型。
(2) 依据焦距数字大小区分分类有标准镜头、广角镜头、望远镜头等类型。
(3) 依据光圈分分类有固定光圈式 ( fixed iris ) 、 手动光圈式 ( manual iris ) 、自动光圈式 ( auto iris ) 等类型。
(4) 依据镜头伸缩调整方式分类有电动伸缩镜头、手动伸缩镜头等类型。

2. 决定镜头品质因素
(1) 采用镜片数目：多类型镜片组合，可减少色偏改善聚焦等问题，但会减少透光率。
(2) 镜片透光率：好镜片透光率佳价格贵，差镜片较会阻挡光线通过。
(3) 镀膜与研磨：镜片镀膜与研磨技术影响镜片品质。
(4)机械装置：镜头内部机械结构精密度，影响镜片移动精确镀及可靠度，品质差机械结构，会产生调整误差及不一致性。

红外镜头与可见光镜头的区别首先，二者的用途不同：
在不需要红外光补助的监控环境中，使用普通的镜头即可;在有红外光补助的监控环境中，想有较为理想的监控效果就得用红外镜头；当然用普通镜头在红外补助下也能看到画面，只是画面会变得模糊不清罢了，这点相信大家都深有体会。

其次，二者的价格不同:
专业的红外镜头价格是普通镜头的好几倍， 因为使用红外镜头白天和晚上都清晰，效果好自然贵。

二者性能和价格有那么大区别的原因：

由于玻璃对不同波长光线的折射率不同，故聚焦点的位置会有所差别，目前市面上的普通镜头可以做到把相差250nm左右波长的光线聚集到同一平面上，即430~650nm 或者 650~900nm 范围内的光可以聚焦成功，呈现出清晰的图像，这就是为什么普通镜头白天调清晰了，夜视模糊，或者夜视调清晰了，白天模糊的原因。

专业感红外的镜头采用特殊的镜片，能做到把430~900nm 甚至更长波段范围的光线都聚集到同一平面上，所以不管白天还是夜视都是清晰的。由于镜片材料特殊，所以造价也就自然高了。

工作原理的详细解析

由于红外光和可见光的折射率不同，通过镜片后会产生折射而发生色散。色散后的红外光和可见光会聚焦在不同的焦平面，CCD/CMOS无法满足红外光和可见光同时呈像清晰，这就是为什么普通镜头无法实现红外功能的原因。

镜头矫正可分为几种：无红外矫正、红外光学矫正、ED玻璃等材料红外矫正等。目前市场上很多镜头只是经过光学矫正，红外光和可见光的焦平面不可能达到一致，只是在短焦距段时红外效果可以勉强接受。而采用ED玻璃，从镜片材料上对红外矫正，焦距变化效果几乎一致，可谓“Ture infrared（真红外）”。红外是大家常谈的话题，然而监控镜头领域不同的矫正方式却是完全不同的效果，红外镜头别有哪些“洞天”呢？

红外镜头之入门级-----光学矫正

除特殊情况外，一般而言，单个球面透镜不能校正色差，正透镜产生负色差，负透镜产生正色差。为了减小色差，利用不同折射率、不同色差的玻璃组合，可以消除色差。

以适当形状的正、负透镜组合成的双透镜组或双胶合镜组是可能消色差的一种简单结构。这种双胶合透镜组减小色散的方法是常用的光学红外矫正法。

经过光学矫正后，由于色散减少，红外光和可见光的折射分离减少，聚焦平面间的距离被拉近（但无法消除）。对于短焦距段的镜头而言，经过光学矫正后，红外和可见光的焦平面偏离较小，对呈像清晰度的影响较小。但随着焦距越长，色散会被逐渐放大，红外光和可见光的焦平面偏离越大，光学矫正无法使两者同时呈像清晰。

红外镜头之核心级-----ED玻璃矫正

为了实现红外光和可见光同时清晰，必须保证二者的聚焦平面在同一焦平面上。光学矫正减小色差的能力很有限，那么就必须借助ED玻璃（超低色散玻璃）镜片，超低色散，减小色差，并确保各类波长的光线实际对焦于同一平面，近红外不离焦，从而实现白天夜晚24小时高清。

长焦距段镜头对红外矫正要求更为严格，必须使用ED玻璃进行红外矫正，保证红外光和可见光焦平面一致，才能实现真正的日夜高清。其实从运用ED玻璃的主流镜头厂商中，像深圳超音速AVENIRETOKU精工镜头均是选用ED玻璃镜片，运用真红外实现白天黑夜真高清，我们也可以看出，主流镜头厂商对实现真正红外效果的重视。

长焦距段的镜头尤其要注意这一点，因为镜头内置镜片越多，光线通过镜头后产生的色散越大，红外光和可见光的聚焦面偏离更大。一般的光学矫正对焦平面的偏移影响极小，调焦后，白天和夜晚清晰度相差巨大，无法实现日夜高清。

镜头红外矫正对比图：

√ 调节清晰 ×不清晰 步骤一 步骤二

红外矫正对比图

如上图所示，不带红外矫正的镜头，白天调节焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；夜晚调节清晰后，白天呈像不清晰。经过光学红外矫正后，白天调节焦距清晰后，夜晚呈像不清晰；但夜晚调节清晰后，白天呈像可能清晰，也可能不清晰，这是由镜头的焦距和景深决定。而使用ED玻璃镜片达到红外矫正后的镜头一旦画面调节清晰，不论白天夜晚，呈像都会清晰。下图是未经过红外矫正和经过ED玻璃红外矫正的效果对比图。

未经过红外矫正，光透过镜片时的光学图

经过ED玻璃红外矫正，光透过镜片时的光学图

红外镜头之锦上添花----红外多层镀膜技术（IR Coating），红外增透

多层复合镀膜技术可以减小光线散射损失，提升镜片透光率，使画面更清晰。同时提升波长为750-1000nm光波的增透性。镜片表面一般为墨绿色。红外多层镀膜技术（IR Coating），可以提升近红外的透光率，能为红外镜头更好的实现高清起到锦上添花的功效。

一般具有红外功能的镜头只解决了“能否看见”的问题，但是没有解决“是否清晰”的问题。没有经过红外矫正，尤其是没有经过ED玻璃红外矫正的镜头，红外光和自然光的焦平面相互偏离，无法实现日夜高清。IR镜头的应用场所非常广泛，并能实现日夜两用监控。

红外镜头之全天候高清——让白天也“懂”夜的黑

光线传播时，自然光等波长较短的光会受到雾、雨水、尘等阻碍，无法透过，但红外光等波长长的光容易通过。红外光穿过阻碍到达镜头后，因为有ED玻璃的红外矫正和IR Coating红外多层镀膜的红外增透，透过雾气、雨水、尘埃等的红外光能在摄像机上清晰呈像。通过ED玻璃红外矫正后的镜头，能够保证近红外不离焦，实现白天夜晚7*24h全天候高清。

镀膜后不同波段光线散色图

AVENIR ETOKU精工镜头镜片多层镀膜镜片实物图

其实，在业界已经出现了首款类似焦距段红外百万高清镜头，这是AVENIR ETOKU精工SL8585IRMP镜头，此款镜头拥有8.5-85mm的较长焦距段，运用ED玻璃红外矫正、红外多层镀膜IR Coating红外增透技术，能实现红外不偏焦，保证白天夜晚全天候达到200万高清效果。

外观图

镜头内部镜片结构剖视图

注：AVENIR ETOKU精工SL8585IRMP镜头外观图和镜头内部镜片结构剖视图。

SL8585IRMP镜头中内置7片ED玻璃，有效矫正，有力保证红外不离焦，实现真正的日夜高清。

这款镜头的设计即使在光照不足的场景下也能有出色的高清表现，可以提供1000m的视距，满足了一些狭长空间（如隧道）的监控要求。此外，AVENI RETOKU精工SL10200IRMP、SL08128IRMP这两款长焦距段镜头在长焦距段镜头中，红外功能也有很好的表现。

长焦镜头若没有红外矫正，清晰度效果偏差非常大，而采用ED玻璃红外矫正，能轻松实现监控图像的高清晰效果，特别是全天候高清让白天也能“懂”夜的黑