光学镜头中的“火眼金睛”华网智能红外透雾镜头

花果山美猴王齐天大圣孙悟空，是许多80后、90后甚至00后心目中的大英雄。我们最羡慕大圣爷的，除了他嫉恶如仇、惩恶扬善、顶天立地的作风，就得属他那上天入地的本领了:“七十二变”、“一个跟头十万八千里”和“火眼金睛”。而在光学镜头中，也有这类火眼金睛的宝物，那就是“红外透雾镜头”。

为什么有些光学镜头也具有“透雾”能力呢？

透雾原理是这样的，可见光在通过空气中的烟尘或雾气时，会被阻挡反射而无法通过，所以只能接收可见光的人眼是看不到烟尘雾气后门的物体的。而近红外光线由于波长较长，根据衍射特性，可以绕过烟尘和雾气并穿透过去，并且摄像机的感光元件可以感应到这部分近红外光，所以就可以利用这部分光线来实现穿尘透雾的监控。在不可见光的范围内，有一定频率的红外光可以穿透雾气，但是由于其波长和可见光不同，所以需要在摄像机和镜头上进行处理，以达到对其聚焦的目的,同时还需要在摄像机上进行重新设计，用来将这一频率的不可见光进行成像。由于这个不可见光没有对应的可见光色彩图，所以在监视器上呈现的图像为黑白颜色。透过云雾、水气拍摄物体，相当于透过了两重透镜(水珠与实际透镜)，除了R光线可以正确聚焦在CCD成像面上，RGB光线中的GB均无法正常的投射在CCD成像面上，这样就造成了普通模式镜头无法正常、清晰的得到云雾、水气中的图像。

光学透雾的关键在于镜头与滤光片。透雾摄像设备需要具备三个要素：具有色差补偿的镜头、具备近红外线灵敏度高的CCD、黑电平调节的图像处理器。通过镜头对特定近红外波段光线进行截取，准确聚焦成像。一般的摄像机镜头，透过光谱的中心波长在500-600nm之间，而为了保证在可见光和近红外波段都有很高的透过率，且两个波段切换过程中对色差进行修正保证切换后不需要再调节焦距，透雾摄像机的镜头透过光谱的中心波长必须在780~900nm之间。因此，很多透雾镜头采用了多层镀膜技术，让500~900nm波段的透过率达到80%以上，最终实现透雾效果，这种透雾方式俗称为物理透雾。

随着透雾摄像机市场需求量的提升，目前市场上出现了性能不一、监控效果差距较大的透雾摄像机，也就是业内人士俗称的“真透雾”与“假透雾”。都叫“透雾”摄像机，那么真假透雾摄像机有什么区别呢？

选择“真”透雾摄像机，可以从以下方面来分辨：透雾摄像机需要满足两个条件，一是允许近红外光线进入摄像机，即采用的镜头和滤光片的带通范围要包含这部分红外光谱，二是在摄像机的DSP中，有专门的处理技术，来改善透雾区的信号，提升效果，并且要有若干个等级以供调节，来适应不同的雾气浓度。满足这两个条件的透雾摄像机就是“真透雾”，否则就是“假透雾”。

最早的透雾系统只有电子部分，准确讲是图像优化处理系统，主要由后端PC对模糊的图像进行有限的优化处理，再现现场。随着DSP技术的发展，人们又把以前在PC上的图像优化系统做成单一的运行程序固化到DSP芯片上，这就是所谓的数字透雾了，因为单纯的数字透雾不会改变色彩，也叫彩色透雾。这是透雾摄像机的萌芽，但这时的摄像机对图像的改善是非常有限。后来随着对光学系统的不断探索，科学家发现不同波长的光在雾中的穿透能力不同，研究人员把这个特性应用到镜头上，通过有选择性的让某些特殊波段的光透过，得到了比普通镜头更好的成像质量，于是透雾镜头诞生了，但透雾镜头的价格很高，为了降低成本，研究人员把这个光学系统移植到摄像机上，从此，普通的非透雾镜头只要搭配透雾摄像机使用也可以达到不错的成像质量，这就是普通透雾摄像机的由来。但此时，透雾摄像机相对普通摄像机仍是非常昂贵，同时操作时，需要用户根据是否有雾等天气情况来手动开启摄像机的透雾功能，当摄像机数量少的时候还可以应付，但是摄像机数量很多时，这样的不便利就会让普通用户望而却步，从而使透雾摄像机的推广形成了阻碍。

现在各大厂商推的透雾摄像机主要从透雾镜头演变而来，结构功能上的区别不大，单纯从透雾的图像质量来说也大同小异，一般来说主要包括数字图像增强系统和光学图像处理系统，但这两个系统是单独运行的，彼此并不影响，因此绝大多数的透雾摄像系统招标时往往注明要有RS485远程控制功能。这意味着管理员必须每时每刻关注监视器图像的变化，当由一个人管理一个广大的监控区域时(多路图像)就更加尴尬，因为人的视线无法同时关注多个监视器的细节，从而导致很多时候重要画面的缺失。有些管理员为了偷懒干脆24小时开启透雾模式，但因为透雾摄像机的光学特性，此时色彩几乎完全丢失，对于某些客户来说，这也是无法接受的。某些厂商给透雾摄像机增加了一个系统—智能图像分析系统，并且对迷雾、脏污、雨水等各种现实环境进行大量的实际采样并进行仿真模拟，采用模糊智能图像分析算法，对图像进行分析判定，再结合高性能DSP，将透雾摄像机难掌握、难操作，透雾效果不佳等弊病一扫而光。在实际运用中，由于采用全自动透雾模式，摄像机会自动分析图像是否有雾或水汽、灰尘、脏污等异常并实时开启预先设定的透雾模式，并且把数字图像增强系统和光学透雾系统进行智能联动，保证图像的清晰透彻。从此，监控管理员无需再24小时死盯屏幕，大大解放了人力，让实际监控效率一下提高了几个级别。

下图就是几张典型的透雾与非透雾成像的对比图。透雾镜头可以看出，开启透雾功能后，效果还是比较明显的，但是也只是对薄雾起作用。但是，不可避免的把图像处理成黑白图像了，这个是因为透雾的原理决定的，说到底就是红外成像。

透雾摄像机的应用前景在哪里？有多大？应用方面最早主要在军方，它弥补了热成像系统的局限性，用清晰透彻的画面及完美的成像现场细节，赢得了军方的青睐。随着环保意识崛起，许多国家对森林及水文监控系统的重视，透雾摄像机得到了一个非常合适的应用场合，开始迅猛发展。

透雾摄像机目前广泛运用在森林防火，水文监控，海岸监控，边防，战场侦查了望，油田矿场，港口、城市监控，道路监控，航空航天等场合。随着现代网络技术和遥感技术的不断进步，以及成本的不断降低，透雾摄像机将会更多的运用到民用市场，比如交通工具的主动安全防御。未来透雾功能将会成为像超宽动态功能一样应用广泛的功能。

但是现在的透雾摄像机还只能穿透薄雾，对浓雾及厚的云层仍然无法穿透，随着技术的进步，新的算法、新的零部件将带来性能的进一步提升。

如今雾霾天气越来越多，希望光学透雾镜头也越来越多，帮助我们拨开迷雾，看清蓝天。