短波紅外(SWIR)的范圍在900到2500 nm之間，它占據(jù)了近紅外以上的電磁波譜，完全超出了傳統(tǒng)硅基成像傳感器的能力范圍。盡管如此，SWIR波段在機(jī)器視覺中的應(yīng)用越來越多，因?yàn)樗峁┝霜?dú)特的檢測(cè)、分類和質(zhì)量控制能力，以及環(huán)境光應(yīng)用，如監(jiān)視和遙感。

由于硅的量子效率在超過800納米后會(huì)迅速衰減，所以SWIR傳感器依賴于其他化學(xué)成分，如銦鎵砷化物(InGaAs)或碲化汞鎘(MCT)。較新的SWIR成像儀也利用了獨(dú)特的傳感器架構(gòu)，如量子點(diǎn)技術(shù)。選擇正確的成像方式取決于應(yīng)用場(chǎng)景。但所有這些技術(shù)都極大地?cái)U(kuò)展了可見光傳感器之外的成像能力——不僅通過它們打開的擴(kuò)展光譜，還通過SWIR光改變熟悉材料表觀特征。

SWIR的波長(zhǎng)接近中波紅外(MWIR)光譜，而MCT相機(jī)在這一點(diǎn)上更有效，這一光譜區(qū)域具有捕捉物體自身發(fā)射能量的能力。此外，在這個(gè)范圍內(nèi)光子的波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，使得它們不太容易受到由較小直徑粒子引起的瑞利散射。在實(shí)際操作中，這意味著SWIR成像儀可以透過煙霧看到物體。

InGaAs傳感器是目前主流的相機(jī)技術(shù)，工作在900至1700nm的SWIR范圍內(nèi)。與其他SWIR成像方式相比，它們具有相對(duì)成本效益和成熟的特點(diǎn)，這使得它們成為包括檢測(cè)、分類和質(zhì)量控制在內(nèi)的機(jī)器視覺應(yīng)用中最常用的技術(shù)。

與可見范圍內(nèi)的硅基探測(cè)器一樣，InGaAs傳感器具有較高的探測(cè)性能和快速的響應(yīng)速度，盡管它們的光敏性取決于波長(zhǎng)。與針對(duì)熱成像應(yīng)用的SWIR相機(jī)不同，InGaAs設(shè)備還可以放棄昂貴的硅或鍺鏡頭，利用傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃鏡頭。

一般來說，在工業(yè)機(jī)器視覺中，針對(duì)SWIR應(yīng)用的InGaAs相機(jī)不需要冷卻。然而，在一些應(yīng)用中，冷卻傳感器可以顯著減少暗電流，從而提高圖像質(zhì)量和延長(zhǎng)曝光時(shí)間。

較短的SWIR波長(zhǎng)——大約從900 nm到1700 nm——在可見范圍內(nèi)表現(xiàn)與光子相似。雖然SWIR中目標(biāo)的光譜含量不同，但生成的圖像仍然更清晰，不像MWIR和LWIR光帶的低分辨率熱成像。這種優(yōu)勢(shì)讓SWIR與許多工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用的需求更緊密地結(jié)合在一起。

與MWIR和LWIR相比，SWIR較短的波長(zhǎng)使圖像具有更高的分辨率和更強(qiáng)的對(duì)比度，這兩者都是檢查和分類的重要標(biāo)準(zhǔn)。

此外，雖然SWIR的相機(jī)與可見光相機(jī)具有相似的光捕獲技術(shù)，但捕獲的圖像看起來與用硅傳感器捕獲的圖像非常不同——即使是成像同一個(gè)物體。

一般來說，光和物質(zhì)的任何相互作用都涉及到某種能量的交換。如果電磁能量被轉(zhuǎn)移到組成物體的分子上，物體的表面就會(huì)吸收這種能量。否則，能量將被反射。由于每個(gè)離散的波長(zhǎng)都有其獨(dú)特的能量定義，在一個(gè)波長(zhǎng)下看起來相似的材料在另一個(gè)波長(zhǎng)會(huì)看起來完全不同。

正如前面提到的，SWIR的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，這使得它們與原子結(jié)構(gòu)的相互作用非常不同，這為機(jī)器視覺應(yīng)用提供了一些新的和獨(dú)特的成像可能性。平常普通的物體在SWIR光譜中看起來會(huì)非常不同，這一現(xiàn)象已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多場(chǎng)景的應(yīng)用。

雖然硅分子的帶隙導(dǎo)致材料吸收可見光和近紅外波長(zhǎng)，例如，硅可以傳輸?shù)湍芰康腟WIR波長(zhǎng)，使半導(dǎo)體晶圓在這個(gè)光譜范圍內(nèi)透明。這為原材料檢測(cè)應(yīng)用提供了獨(dú)特的選擇，如硅片表面和內(nèi)部的成像缺陷。這種SWIR光的質(zhì)量也有利于晶圓鍵合應(yīng)用，允許通過兩個(gè)晶圓的背面看到對(duì)齊的基準(zhǔn)標(biāo)記，提高了精度。

SWIR最有前途的機(jī)器視覺應(yīng)用之一是產(chǎn)品的檢測(cè)和分類。水在1450 nm和1900 nm波長(zhǎng)處都具有很強(qiáng)的吸水性，這使得在這些波長(zhǎng)照射的物體的圖像中，水看起來幾乎是黑色的。因此，使用適當(dāng)?shù)倪^濾器或光源可以幫助使受損的水果、灌溉良好的作物或散裝谷物中的水分含量非常明顯。

濕度檢測(cè)的價(jià)值并不局限于生產(chǎn)和作物。SWIR成像可以幫助確認(rèn)染色的紡織品或刨花板是否足夠干燥，以便進(jìn)一步處理。它還可以檢查密封完整性和包裝的質(zhì)量，特別是如果高濕度的貨物包含在內(nèi)。

塑料由各種不同的聚合物化學(xué)組成。雖然它們?cè)诳梢姺秶鷥?nèi)看起來都很像，但不同的塑料在SWIR光照射下可以很容易地區(qū)分開來。這有助于回收設(shè)施利用SWIR相機(jī)從1100nm到2200nm識(shí)別不同的聚合物并通過分選輸送機(jī)。

【來源：Smart Vision Light】