成像系統的核心挑戰之一，在于人眼與圖像傳感器（CMOS/CCD）的光譜響應存在根本差異。人眼僅對可見(jiàn)光（400-700nm） 敏感，而CMOS傳感器能感知從紫外至近紅外（約400-1100nm）的寬廣譜段。未經(jīng)處理的紅外光會(huì )導致傳感器成像色彩失真、對比度下降及清晰度劣化。紅外截止濾光片（IR Cut Filter）作為攝像頭的“光譜守門(mén)人”，其核心使命即是精確調控入射光線(xiàn)譜段，確保輸出圖像符合人眼視覺(jué)預期或滿(mǎn)足機器視覺(jué)的特定需求。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

一、核心技術(shù)路徑：反射式與吸收式的機理與權衡

1. 反射式紅外截止濾光片

工作原理： 在光學(xué)基片上鍍制數十至上百層納米級介質(zhì)膜，通過(guò)精密控制膜厚與折射率，利用光的干涉原理，使可見(jiàn)光波段發(fā)生相長(cháng)干涉（高透），近紅外波段發(fā)生相消干涉（高反）。

光譜特性： 可見(jiàn)光區（400-630nm）透過(guò)率>90%，紅外區（700-1100nm）透過(guò)率<5%。

優(yōu)勢：

技術(shù)成熟與成本優(yōu)勢：工藝穩定，大規模生產(chǎn)成本效益顯著(zhù)。

低熱效應： 能量被反射而非吸收，濾光片自身溫升極小，避免了熱噪聲引入。

（紅外截止濾光片）

工程挑戰與解決方案：

挑戰一：雜散光與鬼影 - 反射的紅外光可能在光學(xué)腔內形成二次反射，產(chǎn)生鬼影或熱點(diǎn)。

解決方案： 采用鏡頭筒內壁啞光與光阱處理、鏡片寬帶增透膜、濾光片小角度傾斜安裝等一系列雜散光抑制手段，可有效將此風(fēng)險控制在不可察水平。

挑戰二：光譜斜率與色偏 - 簡(jiǎn)單膜系截止邊緣較平緩，可能導致輕微紅偏。

解決方案： 采用更復雜的膜系設計（如誘通濾光片） 獲得陡峭截止邊緣，并結合ISP色彩矩陣精準校正，可實(shí)現優(yōu)異色彩還原。

挑戰三：入射角效應 - 斜入射光導致截止波長(cháng)“藍移”，致使畫(huà)面邊緣偏青/黃。

解決方案： 在光學(xué)設計階段進(jìn)行光-膜協(xié)同仿真，或定制補償型膜系，配合ISP畫(huà)面均勻性校正，可極大改善邊緣色差。

（吸收式紅外有色藍玻璃）

2. 吸收式紅外截止濾光片（藍玻璃）

工作原理： 基于特種玻璃基體（含銅、磷等成分）中離子的本征吸收特性。紅外光子的能量被離子吸收并轉化為熱能。

光譜特性： 可見(jiàn)光區高透，紅外區高截止，且截止曲線(xiàn)極為陡峭。

優(yōu)勢：

根除鬼影： 吸收機制從物理上避免了由濾光片自身反射引起的鬼影問(wèn)題。

色彩真實(shí)： 陡峭的截止線(xiàn)確保了紅光的正常透過(guò)并嚴格阻擋紅外光，色彩還原度極高。

均勻性好： 吸收特性幾乎不隨入射角變化，保障了高像素攝像頭全畫(huà)面色彩一致性。

工程挑戰與解決方案：

核心挑戰：熱效應 - 將紅外光能轉化為熱能，可能導致濾光片及傳感器溫升，增加圖像熱噪聲。

解決方案： 進(jìn)行精密的系統熱管理設計（如金屬支架散熱），并在ISP中集成熱噪聲校正算法，以補償長(cháng)曝光下的熱像素。

次要挑戰：成本與吸收損耗 - 特種玻璃材料及加工成本高昂，且在可見(jiàn)光區存在微弱本征吸收。

解決方案： 通過(guò)鍍制高性能增透膜補償可見(jiàn)光透過(guò)率，使其仍能達到>90%的水平，從而在高端應用中體現價(jià)值。

二、應用場(chǎng)景與選型策略：從通用到專(zhuān)用

1. 人眼觀(guān)察類(lèi)應用（視頻會(huì )議、移動(dòng)設備）

需求： 輸出符合人眼視覺(jué)的優(yōu)質(zhì)彩色圖像。

主流方案：固定式藍玻璃濾光片

在此類(lèi)光照可控、追求極致日間畫(huà)質(zhì)且無(wú)主動(dòng)夜視需求的場(chǎng)景中，藍玻璃的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，而其熱效應在此類(lèi)應用中通常不構成瓶頸。

（視頻會(huì )議應用-圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

2. 全天候安防類(lèi)應用

需求： 兼顧白天的精準彩色成像與夜間的紅外感光能力。

方案A（畫(huà)質(zhì)優(yōu)先）：IR-CUT切換機構 + 藍玻璃

日間切換至藍玻璃獲得頂級畫(huà)質(zhì)，夜間切換至全透白玻璃以最大化紅外感光度。此方案日夜畫(huà)質(zhì)均無(wú)妥協(xié)，但存在機械部件的壽命與可靠性考量。

方案B（可靠性?xún)?yōu)先）：固定式雙通濾光片

采用干涉原理，在一片基片上制造400-700nm可見(jiàn)光寬通帶與 940nm紅外通帶雙帶通濾光片。此方案無(wú)運動(dòng)部件，可靠性高，結構緊湊。其挑戰在于需在通帶間隔與透過(guò)率間取得平衡，可能存在微小紅外泄漏導致的日間色彩輕微妥協(xié)，需依賴(lài)精密ISP算法進(jìn)行色彩校正。

（機器視覺(jué)類(lèi)應用）

3. 機器視覺(jué)類(lèi)應用（人臉活體檢測、工業(yè)分選）

需求： 提取特定光譜特征，排除環(huán)境光干擾。

方案：窄帶通濾光片

例如，用于活體檢測的攝像頭采用810-870nm窄帶通濾光片，只允許紅外補光燈的光線(xiàn)通過(guò)，嚴格截止可見(jiàn)光，從而顯著(zhù)提升系統抗干擾性與檢測準確率。

三、高端高像素攝像頭的選型邏輯

對于高端應用，選型已從簡(jiǎn)單的性能對比，進(jìn)階為 “系統級工程權衡”。

當極致畫(huà)質(zhì)是最高追求，且可接受機械復雜度時(shí)，“IR-CUT + 藍玻璃” 仍是提供最佳日間色彩與夜間靈敏度的不二之選。

當可靠性、小型化、無(wú)感知晝夜切換成為核心需求時(shí)，“高性能雙通濾光片 + 先進(jìn)ISP校正” 構成了更具吸引力的平衡方案。其光譜上的微小妥協(xié)，可通過(guò)算法優(yōu)化到難以察覺(jué)的程度。

結論：技術(shù)沒(méi)有絕對的優(yōu)劣，只有針對場(chǎng)景的最優(yōu)解。 現代濾光片技術(shù)正是在不斷突破物理機制的局限，通過(guò)與光學(xué)設計、機械結構和圖像算法的深度融合，為各類(lèi)影像應用提供著(zhù)日益精進(jìn)的光譜控制解決方案。