Оптические фильтры для систем встраиваемого машинного зрения на Raspberry Pi, NVIDIA Jetson и микроконтроллерах, монохромной, мульти- и гиперспектральной съёмки
Что такое оптические фильтры, как они работают и зачем нужны
Оптический фильтр определяет, какую часть спектра света улавливает модуль камеры.
Если разобрать модуль камеры, внутри, скорее всего, окажутся сенсор, объектив, печатная плата и оптический фильтр. В камерах бытовых устройств — видеокамер, экшн-камер, веб-камер, смартфонов — перед сенсором обычно стоит фильтр, отсекающий инфракрасное излучение: он решает проблемы с чувствительностью. Это один из самых распространённых типов оптических фильтров в современных цифровых камерах.
В промышленных, медицинских и других системах съёмки (встраиваемых и не только) всё сложнее. Камеры в них строят для контроля и инспекции, им нужны только определённые участки спектра, а световой поток часто приходится разделять ещё до сенсора. Здесь без оптических фильтров не обойтись.
Спектр: свет разной длины волны и его применение в системах съёмки
Свет — это электромагнитная волна, и любой свет, в том числе невидимый глазу, имеет свою длину волны и частоту. Многие практические задачи решают системы машинного зрения, рассчитанные на определённый спектральный диапазон.
Камера с подходящим сенсором и оптическим фильтром может работать в значительной части электромагнитного спектра — так строят системы съёмки для многих отраслей и научных областей.
Ниже — основные диапазоны длин волн и их применение.
Инфракрасное излучение: 700 нм–1 мм
Инфракрасное излучение занимает самый широкий диапазон среди всех электромагнитных волн и делится на пять поддиапазонов: ближний ИК (NIR) — 750–1400 нм, коротковолновый ИК (SWIR) — 1400–3000 нм, средневолновый ИК (MWIR) — 3000–8000 нм, длинноволновый ИК (LWIR) — 8000 нм–15 мкм и дальний ИК (FIR) — от 15 до 1000 мкм.
Инфракрасное излучение применяют в основном в тепловизорах, системах видеонаблюдения с ночным видением, для обнаружения и визуализации поглощения воды, в телекоммуникационных системах и т. д.
Видимый свет: 400–700 нм
Видимый, или естественный, свет — семь цветов радуги от красного до фиолетового — это то, что видит человеческий глаз. Его спектральный диапазон — 400–700 нм. Видимый свет используют в цифровой фотографии, микроскопии и спектроскопии видимого диапазона и т. д.
Ультрафиолет: 10–400 нм
Диапазон длин волн ультрафиолета — 10–400 нм. Его применяют во флуоресцентной микроскопии, УФ-спектроскопии, УФ-фотолитографии, для обнаружения и анализа лекарственных веществ и т. д.
Рентгеновское излучение: 0,01–10 нм
Длина волны рентгеновского излучения меньше, чем у ультрафиолета: его спектральный диапазон — 0,01–10 нм. Его широко применяют в медицинской визуализации, астрономии, рентгеноскопии, лучевой терапии и т. д.
Оптические фильтры Arducam для монохромных, мультиспектральных и гиперспектральных камер
И в прикладных камерных системах, и в научных исследованиях оптический фильтр обычно делают так, чтобы он блокировал заданную полосу длин волн и пропускал остальные.
Подбирая и комбинируя оптические фильтры с встраиваемыми камерами Arducam, можно построить недорогие системы машинного зрения для монохромной, мультиспектральной и гиперспектральной съёмки.
Arducam выпускает оптические фильтры следующих типов.
Типы оптических фильтров
Длинноволновые фильтры (LP)
Коротковолновые фильтры (SP)
Полосовые фильтры
Режекторные фильтры
Нейтральные фильтры (ND)
Поляризационные фильтры
Нужна встраиваемая система машинного зрения с оптическими фильтрами под конкретный диапазон длин волн? Напишите нам на quote@arducam-russia.ru.
Камеры с глобальным затвором для мультиспектральной съёмки и картографирования в сельском хозяйстве
Почему для мультиспектральной съёмки стоит выбирать камеры с глобальным затвором:
- На практике сенсоры со скользящим затвором на дронах и БПЛА часто дают искажённые, «поплывшие» снимки и видео. Этот «эффект желе» вызывают вибрация дрона и другие помехи при съёмке на открытом воздухе. Для сельскохозяйственной съёмки сенсоры с глобальным затвором обычно подходят лучше.
- С подходящими оптическими фильтрами монохромный сенсор с глобальным затвором можно настроить на любую одну или несколько спектральных полос.
