紅外相機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)在日夜成像時(shí)使用日夜濾光片代替紅外截止濾光片，以保證白天成像無色差，同時(shí)晚上能成黑白像。本文采用Essential Macleod 軟件設(shè)計(jì)新型雙通道日夜濾光片光譜。光譜中440~ 640 nm 的平均透射率大于90%，650~ 1100 nm 波段截止，紅外截區(qū)域在940 nm 存在帶通，其平均透過率小于20%，帶寬小于40 nm。采用離子束輔助電子束蒸發(fā)的方法，通過優(yōu)化工藝參數(shù)、減小膜層誤差，制備得到滿足設(shè)計(jì)要求的K9 玻璃基底雙通道日夜濾光片。

　　現(xiàn)代數(shù)碼攝像機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)主要包括圖像傳感元件以及圖像處理芯片等，圖像傳感元件主要分為電荷耦合期間(CCD) 與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) �？梢姽獾牟ㄩL范圍是380~ 780 nm，780nm 以上屬于紅外光部分，而CCD 和CMOS 既能感應(yīng)可見光，也能感應(yīng)紅外光。當(dāng)紅外光與可見光同時(shí)進(jìn)入到CCD 或者CMOS 中被其感應(yīng)的時(shí)候，拍攝出來的圖像色彩會與人眼看到的環(huán)境的色彩不一致,即所謂的偏色，這是因?yàn)榧t外光對色彩還原進(jìn)行了破壞。人們?yōu)榱嗽谧匀还庀芦@得更好的色彩還原,使用紅外截止濾光片設(shè)置于CCD或CMOS前面來過濾紅外光。對于同時(shí)應(yīng)用于光亮環(huán)境和暗環(huán)境的紅外攝像機(jī)而言，既滿足光亮環(huán)境下成像盡量不偏色，又需要滿足在暗環(huán)境下有紅外燈光源情況下也可以看清楚被攝像物體，人們研制了日夜濾光片來滿足日夜成像的要求。日夜濾光片光譜的要求是在可見光譜段高透射，對應(yīng)于紅外燈光譜范圍有一個(gè)窄的透射帶，在其它近紅外譜段截止。

1、日夜濾光片的作用及其改進(jìn)設(shè)計(jì)

　　日夜兩用一體化攝像機(jī)是將攝像機(jī)、防護(hù)罩、紅外燈等綜合成為一體的攝像設(shè)備。它實(shí)現(xiàn)夜視的基本原理是利用CCD 攝像機(jī)可以感受紅外光的光譜特性(即可以感受可見光，也可以感受紅外光) ，配合紅外燈作為照明源來夜視成像。紅外燈可以做到完全無紅曝( 采用940~ 950 nm 波長紅外管) 或僅有微弱紅曝。波長越短，紅曝越強(qiáng)，紅外線感應(yīng)度也越高�，F(xiàn)在市場上有兩種主流紅外燈，一種是有輕微紅曝的，波長在850 nm 左右，一種是無紅曝的，波長在940 nm 左右。

　　對于日夜兩用攝像機(jī)，針對940 nm 波段的紅外光開展日夜濾光片研究。目前市場上的日夜濾光片帶通較寬(》80 nm) ，平均透射率達(dá)到90%，白天成像仍有一定的偏色。本文通過改進(jìn)日夜濾光片膜系設(shè)計(jì)參數(shù),設(shè)計(jì)降低紅外截止區(qū)域通帶透射光的能量，采用減小帶寬，降低透射率的辦法，使其在亮環(huán)境下成像不偏色。紅外譜段帶通為不大于40 nm，平均透過率不大于20%，透過能量較低，如表1 所示，與可見部分光譜能量相比形成一個(gè)非均衡的帶通，避免了白天成像偏色，并且晚上也能較好成像。

表1 日夜濾光片膜系設(shè)計(jì)參數(shù)

　　其中440~ 640 nm 為白天監(jiān)控波段，920~ 960nm 為夜間監(jiān)控波段，以前兩個(gè)波段都設(shè)計(jì)成高透射，造成白天成像仍有偏色。故而研制紅外通道透過率較低，能滿足夜間成像要求，設(shè)計(jì)920~ 960nm 平均透射率為20%。對于設(shè)計(jì)能量非均衡的帶通，普通優(yōu)化設(shè)計(jì)方法難以滿足要求，近年來發(fā)展起來的采用遂行技術(shù)的針法在一定程度上克服了這一困難，可以從一個(gè)局部極值遂行到另一個(gè)局部極值，并在對大量膜系的設(shè)計(jì)中取得了令人滿意的光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)，在一定程度上解決了光學(xué)薄膜自動(dòng)設(shè)計(jì)問題。采用針法，并結(jié)合遺傳算法和單純形法、多種自動(dòng)優(yōu)化方法相互結(jié)合，最終得到滿足要求的設(shè)計(jì)光譜。

　　圖1 中虛線為前述設(shè)計(jì)方法得到的光譜，實(shí)線為雙通道日夜濾光片設(shè)計(jì)光譜，其中440~ 640 nm為白天成彩色像段，920~ 960 nm 為夜間成黑白像波段。

圖1 日夜濾光片設(shè)計(jì)光譜

結(jié)論

　　利用日夜濾光片放在CCD 或CMOS 傳感器前具備日夜都能成像的特點(diǎn)，本文在分析日夜濾光片所起的作用基礎(chǔ)上，通過膜系的設(shè)計(jì)改進(jìn)了普通日夜濾光片的光譜特性，制備了非平衡雙通道日夜濾光片。采用離子束輔助電子束蒸發(fā)的方法在K9 玻璃基底上鍍制了多層膜系，測試光譜曲線符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了白天成彩色像，并且無色偏等影響成像質(zhì)量的因素，夜間成黑白像的設(shè)計(jì)構(gòu)想。