Бележка за приложението на SWIR изображения

Автор: Bryan Ng – маркетинг мениджър

1. Въведение

Късовълновата инфрачервена (SWIR) светлина е част от електромагнитния спектър, обикновено в диапазона на дължината на вълната от 0.9 μm до 2.5 μm (900 nm до 2500 nm) и следователно е невидима за човешкото око.

SWIR светлината обаче взаимодейства с обектите по подобен начин на видимите дължини на вълните, тъй като фотоните се отразяват от самия обект. В резултат на тази отразяваща природа, SWIR светлината има контраст и сенки в изображенията, които създава, което е необходимо изискване за изображения с висока резолюция.

SWIR е за разлика от средновълновата инфрачервена (MWIR) и дълговълновата инфрачервена (LWIR) светлина, която се излъчва от обект като топлинна IR (топлина) и следователно има по-ниска разделителна способност и показва по-малко детайлни изображения.

SWIR дължините на вълните могат да се видят само от сензори като индиево-галиево-арсенид (InGaAs). Изображенията от InGaAs сензорите на камерите са сравними по детайлност и резолюция с изображенията във видимата светлина, но не са цветни. Това е едно от многото предимства на SWIR, тъй като позволява обектите да бъдат по-лесно разпознавани и идентифицирани индивидуално.

2. Принцип на работа

За да се постигнат тези изображения с висока разделителна способност, от съществено значение е да се използва леща, която е специално проектирана и покрита за диапазона на дължина на вълната SWIR.

Използването на обектив, предназначен за видимия спектър, ще доведе до изображения с по-ниска разделителна способност и по-високи оптични аберации. Тъй като дължините на вълните на SWIR се предават през стъкло, лещите и другите оптични компоненти (оптични филтри, прозорци и т.н.), предназначени за SWIR, могат да бъдат произведени чрез същите техники, използвани за видимите компоненти. Това води до по-ниски производствени разходи и позволява използването на защитни прозорци и филтри в рамките на оптичната система.

3. Приложения за SWIR изображения

Голям брой приложения за SWIR изображения, които са трудни или невъзможни за изпълнение с помощта на видима светлина, са възможни с помощта на SWIR.

3.1 Виждане при условия на слаба светлина – Нощно виждане

Изображението вляво е заснето два часа след залез слънце в нощ на пълнолуние, на разстояние 250 метра. Изображението във видимата светлина е заснето с Canon 5D Mark III с обектив 115 мм f/4.5, с форсирана експозиция от 1/30 секунда и ISO 12800.

Изображението вдясно е заснето на разстояние 250 м, два часа след залез слънце, в нощ на пълнолуние. SWIR изображението по-горе е заснето с помощта на JSX камера с висока разделителна способност 1280×1024. Изображението е заснето с помощта на 50 мм f/1.4 SWIR-оптимизиран обектив с настройка на експозицията 1/30 от секундата. Поради околната радиация на нощното небе, SWIR камерата с висок коефициент на усилване може да създаде ясни нощни изображения в сравнение с изображенията във видима светлина.

3.2 Виждане през дим и огън

Светлината с по-дълги дължини на вълните може по-лесно да преминава през атмосферни обскуранти като прах, мъгла и дим. Тъй като SWIR лентата има по-дълги дължини на вълните от видимата светлина, SWIR камерите могат да заснемат сцени зад лек дим, както е показано на изображението на горски пожар вдясно.

3.3 Морски приложения

Ляво: Термокамера засича температурен контраст. Тъй като плувците имат подобна температура като водата, те лесно се сливат с фона. Това се нарича термичен кросоувър.

Дясно: SWIR камерите откриват отразена светлина подобно на камерите с видима светлина. Поради високата степен на поглъщане на SWIR светлината във водата, плувецът, показан на SWIR изображението, показва висок контраст на изображението, което улеснява откриването му.

3.4 Откриване на маскировка

Изображението във видима светлина отстрани показва актьор, носещ изкуствено окосмяване по лицето, което е почти неоткриваемо за камери с видима светлина. SWIR изображението (вдясно) лесно разкрива маскировката, носена от актьора. Човешката коса и естествените материи (като памук) са силно отразяващи в SWIR. Обърнете внимание как в SWIR изображението естествената коса на актьора се среща с изкуственото окосмяване по лицето, носено в маскировката. Обърнете внимание и как черният костюм и риза на актьора изглеждат бели в SWIR.

3.5 Подобрение на зрението на водача

Ляво: Видимо изображение, направено от превозно средство с изключени фарове в почти безлунна нощ.

Дясно: SWIR изображение на същата сцена, заснето с помощта на SWIR осветител, който е неоткриваем за човешкото око. Сензори Infinity SWIR камерите могат да бъдат вградени в платформи на превозни средства, за да подобрят зрението на водача в пълен мрак.

3.5 Виждане през стъкло

Ляво: Термично изображение на стъклен прозорец, получено с помощта на дълговълнов инфрачервен (LWIR) фотоапарат.

Дясно: SWIR изображение на същата сцена. SWIR светлината взаимодейства с обектите подобно на видимата светлина, като по този начин създава познати изображения през стъклени прозорци. Обърнете внимание, че колите на паркинга имат сенки, подобни на тези, създадени от камера с видима светлина.

3.6 Промишлена инспекция

Ляво: Видимо изображение на водната кула, заснето с камера на мобилен телефон.

Дясно: SWIR изображение на същата сцена. SWIR камерите засичат по-дълги дължини на вълната на светлината от камерите с видима светлина, което води до появата на различните слоеве боя върху водната кула в SWIR изображението.

3.7 Търговска / Сградна Диагностика

Ляво: Видимо изображение на вътрешната стена на търговска сграда, заснето с камера на мобилен телефон.

Дясно: Поддръжката и ремонтните дейности са скъпи за собствениците на жилищни и търговски сгради. Всяка вътрешна и външна стена съдържа ценна информация под боядисаната повърхност. Използвайте инфрачервени инспекционни камери, за да идентифицирате бързо греди и структурни елементи, както и подробна информация за електрически, ОВК, водоснабдителни и охранителни системи. Открийте скрити модели на влага и идентифицирайте потенциални водопроводни или външни течове, преди да се разпространят.

3.8 Инспекция на храните

Ляво: Видимо и SWIR изображение на ябълка. SWIR светлината се абсорбира силно във вода, което прави натъртената част на ябълката лесно откриваема в SWIR.

Дясно: Видимо и SWIR изображение на ябълка. SWIR светлината се абсорбира силно във вода, което прави натъртената част на ябълката лесно откриваема в SWIR.

3.9 Тонардо Рисърч

Ляво: Основата на гръмотевичен облак, видим близо до Ливан, Индиана, на 15 юни 2016 г.

Дясно: Базата на гръмотевичните бури SWIR близо до Ливан, Индиана, на 15 юни 2016 г., показваща по-висок динамичен диапазон и подобрени детайли на текстурата на облаците в SWIR изображението.

3.10 Проникващи атмосферни обскуранти

SWIR InGaAs камерите са способни да заснемат изображения през дъжд, мъгла, дим и други замъгляващи вещества. Видимото изображение отляво не може да бъде засечено. SWIR камерата обаче може да вижда през атмосферните замъгляващи вещества, за да определи причината. Изображението отдясно е направено вечерта преди здрач, на приблизително 150 метра над земята. Показаното тук разстояние е приблизително 1.5 километра от камерата.

4. заключение

SWIR изображенията запълват пропастта между видимото и термичното инфрачервено наблюдение, осигурявайки изображения с висока резолюция и висок контраст при трудни условия на осветление и околна среда. Универсалността им ги прави незаменими в индустриалната автоматизация, сигурността, мониторинга на околната среда и научните изследвания.