光学低通滤波器技术及其在CCD摄像机中的应用
光学滤波器的设计及其应用研究
光学滤波器的设计及其应用研究光学滤波器是一种利用光学原理设计制造并可以对光信号进行选择性放行的设备。
它可以在光学领域中广泛用于测量、检测、通信、成像等领域。
本文将介绍光学滤波器的设计方法和应用研究进展。
一、光学滤波器的基本原理光的波长决定了其能否被光学滤波器所选择性放行。
利用这一原理，可以制造不同的光学滤波器，从而选择地放行特定波长的光。
常见的光学滤波器有：窄带滤波器，广带滤波器，窗口滤波器，反射镜滤波器等。
其中，窄带滤波器是指只允许非常窄的波长范围通过的滤波器。
广带滤波器是指只允许相对较宽的波长范围通过的滤波器。
窗口滤波器是指只允许在特定波长范围内的光通过的滤波器。
反射镜滤波器是指通过在金属表面上反射多次产生干涉的方式选择性地吸收某些波长的光的滤波器。
二、光学滤波器的设计方法光学滤波器的设计需要考虑多种因素：滤波器类型、波长范围、透过率、色散和通带等。
下面，将从这些方面介绍光学滤波器的设计方法。
1. 滤波器类型选择不同的滤波器类型适用于不同的应用需求。
比如，窄带滤波器适用于需要选择性地识别特定波长的光的应用；广带滤波器适用于需要选择性地放行相对较宽的波长范围的应用。
因此，在光学滤波器的设计中，需要首先确定需要的滤波器类型，再根据具体应用场景进行优化设计。
2. 波长范围选择根据应用需求确定所需的波长范围。
一般来讲，窄带滤波器需要在波长范围内尽可能窄地选择特定波长，而广带滤波器则需要包含特定波长范围内的光。
因此，在光学滤波器的设计中，需要考虑波长范围对滤波器性能的影响。
3. 透过率选择透过率是指光学滤波器通过的光的强度与所入射光强度之比。
在滤波器设计中，透过率也是一个需要考虑的因素。
一般来讲，透过率越高，光传输效率越高，但也会带来一定的信噪比问题。
因此，透过率的选择需要综合考虑应用需求和性能指标。
4. 色散选择色散是指不同波长的光在介质中传播时速度不同的现象。
在光学滤波器的设计中，色散也是需要考虑的因素。
OLPF原理
光学低通滤波器—Optical Low Pass Filter (OLPF)应用:简介：晶体光学滤波器由一组低通滤波器及红外线滤光器组成。
材质：1.光学低通滤波器由高品质人造光学水晶制成。
2.红外线滤光器由高品质人造光学水晶经特殊镀膜处理制成。
光学特性：1. 平整度：光学低通滤波器单面平整度需≤5个牛顿环。
3. 平行度：光学低通滤波器之双面平行度误差须≤0.01mm。
4. 结晶轴切割精度：分离方向角与所定角误差为0.1。
5. 光穿透度：耐用性：1. 在90%相对湿度，65℃温度下500小时无缺陷发生。
2. 在70℃～-40℃ 温度下测试10个温度循环无缺陷发生。
CCD摄像机中的光学低通滤波器（OLPF）摘要本文简要叙述了在CCD摄像机中使用的光学低通滤波器的作用、工作原理及其应注意的问题。
最后指出，还须加装红外截止滤光片，可以进一步提高图象质量。
关键词：光学低通滤波器（OLPF）纹波效应频谱混叠双折射奈奎斯特极限频率一、为何需用光学低通滤波器由于CCD或CMOS固体图象传感器是一种离散像素的光电成象器件，根据奈奎斯特定理，一个图象传感器能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，这个频率就称为奈奎斯特极限频率。
在用CCD 摄像机获取目标图象信息时，当抽样图象超过系统的奈奎斯特极限频率时，在图象传感器上，高频成分将被反射到基本频带中，造成所谓纹波效应或莫尔效应，使图象产生周期频谱交迭混淆或称为拍频现象。
假设CCD的抽样频率为15MHZ，在图象信号为10MHZ时，混叠频率分量为15MHZ-10MHZ=5MHZ，在图象信号为9MHZ处，混叠频率分量为15MHZ-9MHZ=6MHZ，这两项混叠频率分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的，并与有用图像信号一样被输出，如在所观测的波形中在9MHZ和10MHZ频带处叠加的5MHZ 和6MHZ信号成分。
在7MHZ信号上有明显的低频差拍存在，差拍频率约1MHZ。
光学低通滤波器技术及其在CCD摄像机中的应用
ing to t he birefringent effect of crystal. OL PF can effectivelly reduce or eliminate t he frequency mixing ( Morie) phenomenon when t he object wit h a variety of t he spatial frequencies is imaged on t he discrete photo2 electric detector. The image quality of t he CCD camera wit h OL PF can be improved. Especially , t he distinct2
斯特极限频率 f N ( f N = f 0/ 2) 。在用 CCD 摄像机获取 分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的 ,并与有用图像
目标图像信息时 ,当抽样图像超过系统的奈奎斯特极限 信号一样被输出 ,如在波形中在 9MHz 和 10MHz 频带
频率时 ,在像感器上 ,高频成分将被反射到基本频带中 , 处叠加的 5MHz 和 6MHz 信号成分 。在 7MHz 信号上
第 6 期 林家明 ,等 : 光学低通滤波器技术及其在 CCD 摄像机中的应用
分开的距离为 d , d 与石英晶体薄板厚度 T 有关 , 其关
系式为
d
=
T
( no2 - ne2) tgθ no2 tg2θ + ne2
(2)
当 tgθ= ne/ no 时 ,就可求出最大的分开距离 。当 ne≈ no , tg45°= 1 时 ,公式可简化为
的 CCD 摄像机是一种离散像素的光电探测器 。根据奈 为 15MHz ,在图像信号为 10MH,一个图像传感器能够分辨的最高空间频率 15MHz - 10MHz = 5MHz ,在图像信号为 9MHz 时 ,混叠
数码照相机中的光学低通滤波器
当然，并非所有的情况下物体成像都会有明显的条纹，莫尔条纹产生是有条件的。
仍以拍摄上面那个波带片为例子，当圆环的间距很大，和传感器的成像阵列不在一个数量级上时，就不会产生条纹，这也是我们平常并不能看到明显莫尔条纹的原因。
但当这个波带片越来越小，即它的圆与圆之间的距离与传感器感光像素点间的距离比较接近的时候，莫尔条纹便如约而至了。
换句话说，从空间频率角度讲，莫尔条纹的产生是因为拍摄物体的高频部份超出了传感器的分辨频率极限，从而出现了频谱混叠。
既然莫尔条纹是因为超出某数码照相机中的● 林斌 陈浙泊 曹向群光学低通滤波器图１ 图像传感器上栅格示意图一分辨极限的高频部分引起的，我们设法将这些高频部分过滤掉，那么不就可以达到提高成像质量的目的了吗。
于是，ＯＬＰＦ便产生了。
低通滤波器的本质就是使得频域基波通过，而过滤掉三次谐波及更高频率的分量。
ＯＬＰＦ一般有两种方法来制作：一种是通过双折射晶体；另外一种是利用正弦光栅的特性来实现低通滤波。
比较而言，利用光栅的方法来做，可能有一些残余的波通过，这样就会在成像时形成背景噪声及一些高次的谐波，影响成像质量。
在这里主要介绍一下双折射晶体来制作光学低通滤波器的方法。
双折射晶体是一种很有趣的晶体，一束光射进去，它会将其中一部分振动方向旋转一下，再偏离几度射出来，结果出射时就有两束光，并分别称之为寻常光（ｏ光）与异常光（ｅ光）。
我们利用双折射晶体这么一个有用的特性来做我们的ＯＬＰＦ。
当成像光束与光轴成θ角入射经过晶体后，带有同一目标图像的信息被分成寻常光ｏ光与异常光ｅ光，那么成像光束经过该双折射晶体后，相当于图像被平移了距离ｄ之后又合在了一起。
根据ＣＣＤ或者ＣＭＯＳ像素尺寸的大小可计算出ｏ光和ｅ光分开的距离ｄ。
该距离就是由使用的ＣＣＤ和ＣＭＯＳ要求的滤波孔间距。
这时就确定了晶体的厚度Ｔ，从而做出一个低通滤波器。
光学低通滤波器的一表面通常镀有红外截止膜，以抑制红外光通过。
【精】CCD摄像机中的光学低通滤波器（OLPF）
光学低通滤波器—Optical Low Pass Filter (OLPF)应用:简介：晶体光学滤波器由一组低通滤波器及红外线滤光器组成。
材质：1.光学低通滤波器由高品质人造光学水晶制成。
2.红外线滤光器由高品质人造光学水晶经特殊镀膜处理制成。
光学特性：1. 平整度：光学低通滤波器单面平整度需≤5个牛顿环。
3. 平行度：光学低通滤波器之双面平行度误差须≤0.01mm。
4. 结晶轴切割精度：分离方向角与所定角误差为0.1。
5. 光穿透度：耐用性：1. 在90%相对湿度，65℃温度下500小时无缺陷发生。
2. 在70℃～-40℃ 温度下测试10个温度循环无缺陷发生。
CCD摄像机中的光学低通滤波器（OLPF）摘要本文简要叙述了在CCD摄像机中使用的光学低通滤波器的作用、工作原理及其应注意的问题。
最后指出，还须加装红外截止滤光片，可以进一步提高图象质量。
关键词：光学低通滤波器（OLPF）纹波效应频谱混叠双折射奈奎斯特极限频率一、为何需用光学低通滤波器由于CCD或CMOS固体图象传感器是一种离散像素的光电成象器件，根据奈奎斯特定理，一个图象传感器能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，这个频率就称为奈奎斯特极限频率。
在用CCD 摄像机获取目标图象信息时，当抽样图象超过系统的奈奎斯特极限频率时，在图象传感器上，高频成分将被反射到基本频带中，造成所谓纹波效应或莫尔效应，使图象产生周期频谱交迭混淆或称为拍频现象。
假设CCD的抽样频率为15MHZ，在图象信号为10MHZ时，混叠频率分量为15MHZ-10MHZ=5MHZ，在图象信号为9MHZ处，混叠频率分量为15MHZ-9MHZ=6MHZ，这两项混叠频率分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的，并与有用图像信号一样被输出，如在所观测的波形中在9MHZ和10MHZ频带处叠加的5MHZ 和6MHZ信号成分。
在7MHZ信号上有明显的低频差拍存在，差拍频率约1MHZ。
光学低通滤波器(OLPF)的频率特性和光谱特性
光学低通滤波器（OLPF）的频率特性和光谱特性潘奕捷、商庆坤、林家明、杨隆荣、沙定国北京理工大学光电工程系，北京100081；敏通企业股分有限公司摘要：光学低通滤波器（Optical Low Pass Filter——OLPF）是利用石英晶体的双折射效应和红外截止滤光片对红外光截止作用设计而成的，它用在CCD 摄像机传感器前能够有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的拍频效应或称条纹混淆现象, 而且能消除红外光对彩色还原的影响，从而提高了CCD 摄像机成像的视觉效果。
关键词：学低通滤波器；奈奎斯特频率；石英晶体双折射；红外光截止Frequency and Spectrum Characteristicof the Optical Low Pass FilterPAN Yi jie SHANG Qing kun LIN Jiaming YANG Long rong SHA Ding guo Department of Optical Engineering, BIT , Beijing 100081；Minton Enterprise Co Ltd, Abstract: An optical low pass filter(OLPF),lied in front of the sensor of a CCD camera, is designed according to the birefringent effect of crystal and infrared cut-of effect of in frareequency mixing phenol al filter, OLPF can reduce or eliminate effectively the fr menon whenthe object with a variety of the spatial frequencies is imaged on the discrete photoelectric detector ，and eliminate the color rendition effect of the infrared .The image quality of the CCD camera with OLPF can be improved. Especially, the distinctness can be enhanced when the objects such as fringes or grates are imaged on the sensor of the CCD camera, and the effects of the disturbing fringes of false color can be eliminatedKey words: optical low pas optics filter; Nyquist limit; aliasing; birefringent quartz crystal ; infrared cut-of light.1 CCD 摄像机信号频谱混叠现象最近几年来，随着电视技术的进展，作为图像传感器的CCD 摄像机被普遍的应用，但CCD 是一种离散像素的阵列光电探测器，按照奈奎斯特定理，一个图像传感器能够分辨的最高空间分辨率等于它的二分之一空间采样频率0 f ，即奈奎斯特频率2 / 0 f f N = 。
滤波器在数字摄像机中的应用
滤波器在数字摄像机中的应用滤波器是数字摄像机中常用的一种技术，用于对图像进行处理和优化，以提高图像质量和清晰度。
滤波器通过去除或改变图像中的噪声、模糊或其他不必要的细节，从而使图像更加清晰、锐利和真实。
本文将介绍滤波器在数字摄像机中的应用，并探讨它们对图像质量的影响。
一、滤波器的定义与分类滤波器是一种信号处理器，它通过改变输入信号的频率特性来实现滤波的效果。
根据滤波器的特性和功能，可以将其分为以下几类：1. 低通滤波器：主要用于降低图像的高频细节，使图像变得更加平滑和模糊。
它对于去除噪声和平滑图像边缘非常有效。
2. 高通滤波器：与低通滤波器相反，它主要用于增强图像的高频细节，使图像变得更加清晰和锐利。
高通滤波器对于强调图像的边缘和细节非常有帮助。
3. 带通滤波器：它可以选择性地通过某个频率范围内的信号，并抑制其他频率范围的信号。
带通滤波器可以用于去除特定频率的噪声或增强某个特定频率范围的图像细节。
4. 带阻滤波器：与带通滤波器相反，它可以选择性地抑制某个频率范围内的信号，并通过其他频率范围的信号。
带阻滤波器可以用于去除特定频率范围内的噪声或抑制某个特定频率范围的图像细节。
二、数字摄像机中的滤波器应用在数字摄像机中，滤波器被广泛应用于图像处理和优化过程中，以改善图像质量和提供更加清晰、锐利的图像。
以下是一些常见的滤波器应用：1. 噪声滤波：数字摄像机中常常会受到各种噪声的影响，如图像传感器噪声、照明噪声等。
为了去除这些噪声，可以使用低通滤波器进行平滑处理，使图像更加清晰和真实。
2. 锐化滤波：为了增强图像的边缘和细节，可以使用高通滤波器进行锐化处理。
这样可以使图像更加清晰、锐利，增强视觉效果。
3. 色彩滤波：数字摄像机中的色彩滤波器用于调整图像的颜色和饱和度，使图像更加鲜艳、生动。
常见的有色彩增强滤波器、色彩平衡滤波器等。
4. 运动模糊滤波：在摄像机拍摄移动物体或快速运动场景时，可能会产生模糊的图像。
光学技术原理及其在摄影和影像处理中的应用
光学技术原理及其在摄影和影像处理中的应用在我们的日常生活中，摄影和影像处理已经成为了不可或缺的一部分。
从我们用手机拍摄的自拍照，到专业摄影师拍摄的精美大片，再到电影和电视节目中的精彩画面，背后都离不开光学技术的支持。
那么，光学技术到底是什么？它的原理又是怎样的？在摄影和影像处理中又有着哪些具体的应用呢？让我们一起来探索一下。
光学技术，简单来说，就是研究光的行为和特性，以及如何利用这些特性来实现各种功能的一门学科。
光具有波粒二象性，既可以表现出波动性，如干涉、衍射等现象，又可以表现出粒子性，如光电效应。
在光学技术中，我们主要关注光的传播、折射、反射、散射等现象。
光的传播是光学技术的基础。
我们都知道，光在真空中的传播速度是恒定的，约为每秒 299792458 米。
而当光从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，其折射角度与两种介质的折射率有关。
折射率越大，光的折射程度就越大。
这一原理在摄影中的镜头设计中起着至关重要的作用。
例如，为了使镜头能够将远处的物体清晰地成像，就需要通过精心设计镜片的形状和材质，来控制光的折射，从而达到理想的成像效果。
光的反射也是光学技术中的一个重要概念。
镜子就是利用光的反射原理来工作的。
在摄影中，反光板就是一个常见的利用光反射的工具。
通过调整反光板的角度和位置，可以将光线反射到被拍摄物体上，从而补充光线，改善照明效果，使拍摄出来的照片更加明亮、清晰。
光的散射则会使光线变得更加柔和。
在摄影中，我们常常使用柔光箱来实现散射效果。
柔光箱可以将光线分散，使得照射在被拍摄物体上的光线更加均匀，减少阴影和高光的对比度，从而营造出一种柔和、温馨的氛围。
说完了光学技术的原理，我们再来看一看它在摄影中的应用。
首先，镜头是摄影中最关键的光学元件之一。
不同类型的镜头，如广角镜头、长焦镜头、标准镜头等，具有不同的焦距和视角，可以拍摄出不同效果的照片。
广角镜头可以拍摄出广阔的场景，适合拍摄风景和建筑；长焦镜头则可以将远处的物体拉近，适合拍摄野生动物和体育赛事；标准镜头的视角与人眼相似，适合拍摄人像和日常生活场景。
光学低通滤波器的应用
光学低通滤波器—Optical Low Pass Filter (OLPF)应用:简介：晶体光学滤波器由一组低通滤波器及红外线滤光器组成。
材质：1.光学低通滤波器由高品质人造光学水晶制成。
2.红外线滤光器由高品质人造光学水晶经特殊镀膜处理制成。
光学特性：1. 平整度：光学低通滤波器单面平整度需≤5个牛顿环。
3. 平行度：光学低通滤波器之双面平行度误差须≤0.01mm。
4. 结晶轴切割精度：分离方向角与所定角误差为0.1。
5. 光穿透度：耐用性：1. 在90%相对湿度，65℃温度下500小时无缺陷发生。
2. 在70℃～-40℃ 温度下测试10个温度循环无缺陷发生。
CCD摄像机中的光学低通滤波器（OLPF）摘要本文简要叙述了在CCD摄像机中使用的光学低通滤波器的作用、工作原理及其应注意的问题。
最后指出，还须加装红外截止滤光片，可以进一步提高图象质量。
关键词：光学低通滤波器（OLPF）纹波效应频谱混叠双折射奈奎斯特极限频率一、为何需用光学低通滤波器由于CCD或CMOS固体图象传感器是一种离散像素的光电成象器件，根据奈奎斯特定理，一个图象传感器能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，这个频率就称为奈奎斯特极限频率。
在用CCD 摄像机获取目标图象信息时，当抽样图象超过系统的奈奎斯特极限频率时，在图象传感器上，高频成分将被反射到基本频带中，造成所谓纹波效应或莫尔效应，使图象产生周期频谱交迭混淆或称为拍频现象。
假设CCD的抽样频率为15MHZ，在图象信号为10MHZ时，混叠频率分量为15MHZ-10MHZ=5MHZ，在图象信号为9MHZ处，混叠频率分量为15MHZ-9MHZ=6MHZ，这两项混叠频率分量经电路低通滤波后都是无法滤掉的，并与有用图像信号一样被输出，如在所观测的波形中在9MHZ和10MHZ频带处叠加的5MHZ 和6MHZ信号成分。
在7MHZ信号上有明显的低频差拍存在，差拍频率约1MHZ。
滤光片的技术详解和应用参数
什么是OLPF光学低通滤光片OLPF全名是Optical lowpass filter,即光学低通滤光片，主要工作用来过滤输入光线中不同频率波长光讯号，以传送至CCD，并且避免不同频率讯号干扰到CCD对色彩的判读。
OLPF对于假色（false colors）的控制上有显著的影响，假色的产生主要来自于密接条纹、栅栏或是同心圆等主体影像，色彩相近却不相同，当光线穿过镜头抵达CCD时，由于分色马赛克滤光片仅能分辨25%的红与蓝色以及50%的绿色，再经由色彩处理引擎运用数据差值运算整合为完整的影像。
因为先天上色彩资料短缺，CCD根本无法判断密接条纹相邻色彩的参数，终于导致引擎判断错误输出错误的颜色。
由于细条纹的方向不同，需用相对应角度的光学低通滤波晶片加以消除，又因为不同型号的CCD摄像机与 CMOS图象传感器在规格上有些差异，为针对不同的型号及同时兼顾不同方向所产生的干扰杂音，需用不同厚度、片数、角度组合的OLPF的设计，以提高取象品质。
IR-CUT双滤光片切换的作用IR-CUT双滤光片的使用可以有效解决双峰滤光片产生问题。
IR-CUT双滤光片由一个红外截止滤光片和一个全光谱光学玻璃构成，当白天的光线充分时红外截止滤光片工作，CCD还原出真实彩色，当夜间光线不足时，红外截止滤光片自动移开，全光谱光学玻璃开始工作，使CCD充分利用到所有光线，从而大大提高了低照性能。
IR CUT双滤光片专为CCD摄影机修正偏色、失焦的问题，促使撷取影像画面不失焦、不偏色,红外夜视更通透，解决红外一体机，日夜图像偏色影响，能够过滤强光让画面色彩纯美更柔和、达到人眼视觉色彩一致。
普通日夜型摄象机使用能透过一定比例红外光线的双峰滤片，其优点是成本低廉，但由于自然光线中含有较多的红外成份，当其进入CCD后会干扰色彩还原，比如绿色植物变得灰白，红色衣服变成灰绿色等等（有阳光室外环境尤其明显）。
深圳纳宏光电技术有限公司是一家专业生产精密光学滤光片的厂家。
CCD滤光片的原理是怎样的呢及解决方案
CCD滤光片的原理是怎样的呢及解决方案CCD滤光片的原理是怎样的呢？CCD上那片滤光片,正确名称叫”光学低通滤波器”（OLPF）。
滤光片的功用:1.滤除红外线：2.修整进来的光线滤除红外线:彩色CCD也可感应红外线,就是由于会感应红外线,会导致D.S.P无法算出正确颜色；因此须加一片滤光片,把光线中红外线部份隔开,所以只有彩色CCD需要装滤光片,黑白就不用了。
修整进光:由于CCD上是一颗颗的感光体（CELL）构成,建议光线是直射进来,但为了怕干扰到邻近感光体,就需要对光线加以修整；因此那片滤光片不是玻璃,而是石英片,利用石英的物理偏光特性,把进来的光线,保留直射部份,反射掉斜射部份,避开去影响旁边的感光点。
CCD滤光片的基本功能1滤除红外线:可用镀膜方式及蓝玻璃,镀膜分真空镀膜及化学镀膜方式,化学镀膜是将石英片浸入溶剂中加以电镀,成本低但镀膜厚度不平均且简单脱落,真空镀膜是用真空蒸镀法,镀膜均匀且不易脱落,但成本高。
以上我们称IRCoating,目地在滤除红外线,另外还要加上所谓的AR—Coating的镀膜,目地是加添透光率,由于光线在透过不同介质时（比如从空气进入石英片）；会产生部分的折射及反射,加上AR—Coating后,滤光片可达到98—99%的穿透率,否则只有90—95的穿透率,这对CCD的感光度当然有影响。
另外是用蓝玻璃,蓝玻璃是用”吸取”的方式过滤红外线,而IR—Coating是用反射的方式滤掉红外线,但反射光简单造成干扰,假如只考虑滤除红外线,蓝玻璃是比较好的选择。
但玻璃无法修整光线,因此就有一片蓝玻璃加一片石英片的所谓”两片式”滤光片。
其中蓝玻璃用来滤红外线,而石英片修整光线用,因此石英片上只需做AR—Coating就行了。
2.修整光线:利用石英的物理偏光特性,把进来的光线,保留直射部份,反射掉斜射部份；但只能对一个方向修整,通常摄像机只考虑到水平辨别率,因此只对光线做水平修整,因此在贴滤光片时方向要对,不可弄反了。
光学低通滤镜的作用
光学低通滤镜的作用光学低通滤镜，它就像咱们拍照时戴的那副“隐形眼镜”，虽然你看不见它，但它却默默地在背后帮你把照片变得更清晰、更自然。
说到这儿，你是不是好奇了，这玩意儿到底是干啥的？别急，我这就给你细细道来。
咱们先想象一下，当你拿着相机，对准那繁花似锦的春天，按下快门的一刹那，是不是觉得整个世界的美好都被定格在了那一刻？但你知道吗，这背后其实有着光学低通滤镜的功劳。
它就像是相机里的“清道夫”，专门负责把那些扰乱画面的“小恶魔”——高频噪声给赶走。
你想啊，光线从镜头里进来，就像一群调皮的孩子，他们有的规规矩矩排队走，有的却喜欢到处乱跑。
这些乱跑的光线，就会在照片上形成一些我们不想看到的噪点，让照片看起来不那么干净、不那么清晰。
而光学低通滤镜呢，就像是一位慈祥的家长，它张开双臂，温柔地把那些乱跑的光线给拦下来，让它们也乖乖地排队走。
这样一来，照片上的噪点就少了，画面自然就变得更加细腻、更加纯净了。
不过啊，这光学低通滤镜也不是万能的。
有时候，它也会“帮倒忙”。
比如说，在拍摄一些纹理非常细腻、细节特别丰富的场景时，光学低通滤镜可能会因为太过“温柔”，而把一些我们想要保留的细节也给“过滤”掉了。
这就像是我们吃饭的时候，如果饭菜太软烂了，虽然好嚼好咽，但也可能失去了原有的风味和口感。
所以啊，在使用相机的时候，我们得学会“因材施教”，根据不同的拍摄场景和拍摄需求来选择合适的设置。
如果你想要拍出那种细节丰富、质感十足的照片，那么就可以考虑暂时关掉光学低通滤镜的“拦路虎”功能，让光线自由地在镜头里穿梭、舞蹈。
当然啦，这也得看你的相机支不支持这样的操作哈。
说到这儿啊，我得提一句题外话。
其实啊，咱们生活中很多事情都跟这光学低通滤镜有点像。
有时候啊，我们得学会“过滤”掉那些不必要的干扰和杂音，让自己的内心变得更加平静、更加专注。
但有时候呢，我们也得敢于“打破常规”，去尝试那些看起来有点“冒险”的事情，因为只有这样，我们才能发现更多的可能性和美好。
【精品原创】光学低通滤波器的基本说明
光学低通滤波器的基本说明光学低通滤波器光学低通滤波器（（OLPF ）是数码相机、摄像机、CCTV 摄像光学系统中一个核心零件。
主要作用是滤除红外线，修整进光。
大面阵高清数字成像系统滤光器件与大面阵CCD 成像传感器的良好匹配，有效抑制高于CCD 图像传感器空间频率的光波通过而引起莫尔条纹，并有效地抑制红外光波，使图像清晰和稳定，并通过特殊的结构设计，改善了大面阵高清数字成像系统滤光器件的角度效应，提升了成像质量。
光学低通滤波器的主要技术指标光学低通滤波器的主要技术指标：：a)材料材料：：人造光学石英晶体、光学玻璃、红外截止玻璃b)结构结构：：IR 膜晶片、AR 膜晶片和红外截止玻璃粘接c)光谱特性光谱特性：：IR 类： 350-367:tave<3% 410±6:50% 433-450:tave>90%,tmin>86% 451-617:tave>92%,tmin>88% 650±6:50% 700-720:tave<2%,tmax<2.5% 721-880:tave<1%,tmax<2% 881-900:tave<2%,tmax<3% 901-1050: tave<3.5%IR 曲线曲线：：夜视类夜视类：： 400-420:T>75% 421-620:T>85% 645±10:T=50% 700-750:T<5% 815±15:T=50% 850:T>80% 900-1100: T<20%850nm 附近>80%的宽度在30nm 以上夜视类曲线夜视类曲线：：d)针孔针孔、、划痕划痕、、点子点子：：<15µme)耐久性：高温高湿+65℃,90％500H高温保存(+85℃) 500H低温保存(－40℃) 500H热冲击－40℃（2.5H）～+85℃(2.5H) 10个循环。
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Technique of the optical lo w2pass f ilter
and its appl ication in CCD camera
LIN J ia2ming1 , YANG Long2rong2
(11 Beijing Institute of Technology , Beijing 100081 , China ; 21 Mintron Enterprise Co. , Ltd , China) Abstract : An optical low2pass filter (OL PF) used in front of sensor of a CCD camera , is designed accord2
(11 北京理工大学 光电工程系 , 北京 100081 ; 21 台湾敏通企业股份有限公司) 摘要 : 利用石英晶体的双折射效应 ,设计制成用于 CCD 摄像机传感器前的光学低通滤波器 (optical low pass filter ———OL PF) ,它可以有效地降低或消除离散光电探测器对不同空间频率目标成像所产生的 拍频效应或称莫尔条纹混淆现象 。OL PF 的采用提高了 CCD 摄像机的成像质量 ,尤其是提高了 CCD 摄 像机对条状和栅格状目标成像时的清晰度 ,并可消除伪彩色干扰纹的影响 。 关 键 词 : 光学低通滤波器 ; 奈奎斯特极限 ; 频谱混叠 ; 石英双折射晶体 中图分类号 : O43711 ; O734 文献标识码 : A
图 3 取样脉冲宽度对取样信号频谱的影响 当 n = Ts/τs 时 , 谱线包络达到第一个零点 , 这是 孔径光阑效应的表现 。若高频信号幅度下降 ,可适当选 择 τs ,使在 f s/ 2 处的频谱幅度下降得小一些 ,使频谱混 叠 (见图中的阴影部分) 部分减小 。τs 越小 , 频谱幅度 下降越缓慢 ,混叠部分增大 。τs 增大 , 频谱幅度下降加 快 ,频谱混叠部分减小 。可见 ,在 CCD 中感光单元的宽 度和像素宽度有个最佳比例 ,即像素的尺寸和像素的密 度以及像素的数量都是决定 CCD 分辨率的主要因素 。 在图像上反映出来的频谱混叠会引起低频干扰条纹 ,它
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图 4 OL PF 在光路中的工作原理图 1 —测试图案 ;2 —CCD 摄像机物镜 ; 3 —石英晶体薄板组 OL PF ;4 —红外截止滤光片 ; 5 —CCD 传感器保护玻璃 ;6 —CCD 像元微透镜阵列 ; 7 —彩色 CCD 编码膜阵列 ;8 —CCD 光敏元像素阵列 ; 9 —CCD 驱动处理电路 ;10 —监示器 。 下面简单描述一下系统的成像过程 : 包含有各种不同频率的 CZP 二维视频测试图案经 过 CCD 光学镜头成像 ,成像光束通过石英晶体薄板和 红外滤光片后产生低通滤波效果 ,并截去 0176μm 以上 波长光 ,经过保护玻璃进入微透镜阵列和彩色编码器 , 最后成像在 CCD 光敏面上 ,变成带有目标图像信息的 电信号 ,经过处理电路输出复合视频信号 。 我们重点讨论一下低通滤波器的工作原理 ,如图 5 所示 。根据 Fresnel 假设 和 Huygens 原 理 计 算 光 的 传 播 。入射光和光轴所形成的角度为 θ, 寻常光线的折射 率为 no ,异常光线的折射率为 ne ,寻常光线和异常光线
频谱如图 3 所示 ,取样后的信号频谱分布和幅度变化如
下:
sin
nπ
τs Ts
nπ
τs Ts
=
sin ( nπf sτs) nπf sτs
(1)
式中 ,τs 为取样脉冲宽度 , 即一个感光单元的宽度 ; Ts
为取样周期 , 即一个像素的宽度 ( 含两侧的不感光部
分) 。
对 CCD 摄像机所拍摄的图像在水平方向的清晰度有很 大影响 。
d
=
T ·nnoo22
+
ne2 ne2
(3)
如 图 6 所
示 ,利用石英晶
体的双折射效
果 ,使成像光束 经过不同厚度
的石英晶体薄
板 , 光 轴 成 45° 角 ,使带有同一 目标图像的信
息被 分 成 o1 光 束和 e1 光束 ,形 成相对错开的
像 ,分开的距离 满足消除一维 拍频干扰条纹
图 5 光线通过石英晶体后的 传播方向
11 提高 CCD 水平分辨率的措施 (1) 增加光敏单元数量 ,提高取样频率 ,减小频谱 混叠部分 ; (2) 采用前置滤波 ,降低 CCD 光敏面上光学图像 的频带宽度 ,以减小频谱混叠 ,即采用光学低通滤波器 ; (3) 用函数控制 ,减小在离散成像系统中的频谱混 淆。 21 后处理滤波技术 (1) 采用空间偏置技术 ,通过微扫描 ,减少光电成 像系统频谱混淆 ; (2) 利用快速傅里叶计算的方法 ,减小频谱混淆 , 提高 CCD 摄像系统的分辨率 。 三 、光学低通滤波器及其工作原理 光学低通滤波器是由两块或多块石英晶体薄板构 成的 ,放在 CCD 传感器的前面 。目标图像信息的光束 经过 OL PF 后产生双折射 (分为寻常光 o 光束和异常光 e 光束) 。根据 CCD 像素尺寸的大小和总感光面积计 算出抽样截止频率 ,同时也可计算出 o 光和 e 光分开的 距离 。改变入射光束将会形成差频的目标频率 ,达到减 弱或消除低频干扰条纹的目的 ,特别是彩色 CCD 出现 的伪彩色干扰条纹的目的 。图 4 所示为 OL PF 在光路 中的工作原理图 。
造成所谓纹波效应或莫尔效应 ,图像将产生周期频谱交 有明显的低频差拍存在 ,差拍频率约 1MHz。这些混叠
叠混淆或称为拍频现象 。如图 1 所示 , CZP 测试卡测 的信号将影响图像清晰度 ,甚至出现彩色条纹干扰 。
试的图像目标通过成像系统后输出的视频图像叠加有
二 、物理解释及提高分辨率的措施
低频的圆环条纹即莫尔条纹 。从电视信号来讨论这个 现象可看到三种混淆频率存在 。图 2 (a) 所示为电视系 统高频特性测试图 ,图像中的不同宽度的矩形条纹表示 按时间分布的时间频率 (015 ,1 ,2 , …10 ,015MHz) 。在 波形监视器上 ,当观测电视扫描一行的波形时 ,可看到 如图 2 (b) 所示的 CCD 的抽样频谱与基带图像信号频谱
下的目标像有可能与 CCD 阵列水平方向或垂直方向的
空间频率叠加产生差拍的频率 ,这个频率刚好是在图像
低频范围内 ,使所成的像产生干扰条纹的频率) 会产生
分离 ,使频率发生小量变
化 。分 离 的 寻 常 光 和 异
常光 光 强 会 减 少 一 半。
图 7 和图 8 所示为一组不
同空间频率的光栅目标 。
光 学 技 术 第
1999
6 年
期 11 月
O
P
T
ICAL
TECHN IQU E
பைடு நூலகம்Nov.
No. 6 1999
文章编号 : 100221582 (1999) 0620087203
光学低通滤波器技术及其在 CCD 摄像机中的应用 Ξ
林家明1 , 杨隆荣2
若频率为 20 条即表示在 1mm 的 宽 度 内 有 25μm
宽的黑白线条 20 对 ,如双 折射 在 25μm 内 , 当 空 间
频率在 5 ,10 ,20 ,40 ,60 对
图 7 标准黑白条纹 及电压信号
图 8 不同频率黑白条纹及变化电压信号
图6
分开的距离 。经过第二片石英晶体薄板后 ,又将 o1 光 束 、e1 光束分为 oo2 、oe2光束和 eo2 、ee2 光束 。通过晶体 滤波片后 ,原来的目标包含的空间频率的光束 (该频率
第 6 期 林家明 ,等 : 光学低通滤波器技术及其在 CCD 摄像机中的应用
分开的距离为 d , d 与石英晶体薄板厚度 T 有关 , 其关
系式为
d
=
T
( no2 - ne2) tgθ no2 tg2θ + ne2
(2)
当 tgθ= ne/ no 时 ,就可求出最大的分开距离 。当 ne≈ no , tg45°= 1 时 ,公式可简化为
的 CCD 摄像机是一种离散像素的光电探测器 。根据奈 为 15MHz ,在图像信号为 10MHz 时 ,混叠频率分量为
奎斯特定理 ,一个图像传感器能够分辨的最高空间频率 15MHz - 10MHz = 5MHz ,在图像信号为 9MHz 时 ,混叠
等于它的空间采样频率 f 0 的一半 。这个频率称为奈奎 频率分量为 15MHz - 9MHz = 6MHz ,这两项混叠频率
由于 CCD 器件具有早期较大感光面积硅靶连续探 测器件所不能比拟的优点 ,所以被广泛地采用 。但由于 CCD 离散像素受到采样频率的限制以及由于芯片总的 感光面积较小而受到二维孔径光阑的影响 ,所以又产生 了一些新的频谱问题 ,直接影响 CCD 摄像机的成像清 晰度和分辨能力 ,这也是 CCD 摄像机制造者急待解决
ing to t he birefringent effect of crystal. OL PF can effectivelly reduce or eliminate t he frequency mixing ( Morie) p henomenon when t he object wit h a variety of t he spatial frequencies is imaged on t he discrete p hoto2 electric detector. The image quality of t he CCD camera wit h OL PF can be improved. Especially , t he distinct2
ness can be enhanced when t he objects such as fringes or grates are imaged on t he sensor of t he CCD camera ,