Napomena o primjeni SWIR snimanja

Autor: Bryan Ng – voditelj marketinga

1. Uvod

Kratkovalno infracrveno (SWIR) svjetlo dio je elektromagnetskog spektra, obično u rasponu valnih duljina od 0.9 μm do 2.5 μm (900 nm do 2500 nm) i stoga je nevidljivo ljudskom oku.

Međutim, SWIR svjetlost interagira s objektima na sličan način kao i vidljive valne duljine, po tome što se fotoni reflektiraju od samog objekta. Kao rezultat ove reflektirajuće prirode, SWIR svjetlost ima kontrast i sjene u slikama koje proizvodi, što je nužan uvjet za snimanje visoke rezolucije.

SWIR je za razliku od srednjevalnog infracrvenog (MWIR) i dugovalnog infracrvenog (LWIR) svjetla, koje se emitira iz objekta kao toplinska IR (toplina) i stoga ima nižu rezoluciju i prikazuje manje detaljne slike.

SWIR valne duljine mogu vidjeti samo senzori poput indij-galij-arsenida (InGaAs). Slike sa InGaAs senzora kamere usporedive su po detaljima i rezoluciji sa slikama vidljive svjetlosti, ali nisu u boji. To je jedna od mnogih prednosti SWIR-a jer omogućuje lakše prepoznavanje i pojedinačnu identifikaciju objekata.

2. Princip rada

Za postizanje ovih slika visoke razlučivosti bitno je koristiti leću koja je posebno dizajnirana i presvučena za SWIR raspon valnih duljina.

Korištenje leće dizajnirane za vidljivi spektar rezultirat će slikama niže razlučivosti i većim optičkim aberacijama. Budući da se SWIR valne duljine prenose kroz staklo, tada se leće i druge optičke komponente (optički filtri, prozori, itd.) dizajnirane za SWIR mogu proizvesti istim tehnikama koje se koriste za vidljive komponente. To dovodi do nižih troškova proizvodnje i omogućuje korištenje zaštitnih prozora i filtara unutar optičkog sustava.

3. Primjene SWIR snimanja

Veliki broj SWIR aplikacija za snimanje koje je teško ili nemoguće izvesti korištenjem vidljive svjetlosti moguć je korištenjem SWIR-a.

3.1 Vid u uvjetima slabog osvjetljenja – Noćni vid

Slika lijevo snimljena je dva sata nakon zalaska sunca u noći punog mjeseca, na udaljenosti od 250 metara. Slika u vidljivom svjetlu snimljena je Canonom 5D Mark III s objektivom 115 mm f/4.5, s prisilnom ekspozicijom od 1/30 sekunde i ISO 12800.

Slika desno snimljena je s udaljenosti od 250 m, dva sata nakon zalaska sunca, u noći punog mjeseca. Gornja SWIR slika snimljena je JSX kamerom visoke razlučivosti 1280 × 1024. Slika je snimljena objektivom 50 mm f/1.4 optimiziranim za SWIR s postavkom ekspozicije od 1/30 sekunde. Zbog ambijentalnog zračenja noćnog neba, SWIR kamera s visokim pojačanjem može proizvesti jasne noćne slike u odnosu na slike vidljivog svjetla.

3.2 Vidjeti kroz dim i vatru

Svjetlost s duljim valnim duljinama lakše prolazi kroz atmosferske obskurante poput prašine, magle i dima. Budući da SWIR pojas ima dulje valne duljine od vidljive svjetlosti, SWIR kamere mogu snimati scene iza laganog dima, kao što je prikazano na slici šumskog požara s desne strane.

3.3 Pomorske primjene

Lijevo: Termalna kamera detektira temperaturni kontrast. Budući da plivači imaju sličnu temperaturu kao i voda, lako se stapaju s pozadinom. To se naziva termalni crossover.

Desno: SWIR kamere detektiraju reflektiranu svjetlost slično kamerama s vidljivom svjetlošću. Zbog visoke stope apsorpcije SWIR svjetlosti u vodi, plivač prikazan na SWIR snimci pokazuje visoki kontrast slike, što ga čini lakšim za detekciju.

3.4 Detekcija maskiranja

Slika vidljivog svjetla sa strane prikazuje glumca koji nosi umjetnu dlaku na licu, što je gotovo nevidljivo kamerama vidljivog svjetla. SWIR snimanje (desno) lako otkriva masku koju glumac nosi. Ljudska kosa i prirodne tkanine (poput pamuka) su jako reflektirajuće u SWIR-u. Primijetite kako se na SWIR snimanju glumčeva prirodna kosa susreće s umjetnom dlakom na licu koju glumac nosi u maski. Također primijetite kako glumčevo crno odijelo i košulja izgledaju bijelo u SWIR-u.

3.5 Poboljšanje vida vozača

Lijevo: Vidljiva slika snimljena iz vozila s ugašenim farovima u noći gotovo bez mjeseca.

Desno: SWIR snimak iste scene snimljen pomoću SWIR iluminatora koji je nevidljiv ljudskom oku. Senzori Infinity SWIR kamere mogu se ugraditi u platforme vozila kako bi se poboljšala vidljivost vozača u potpunom mraku.

3.5 Vidjeti kroz staklo

Lijevo: Termalna slika staklenog prozora dobivena dugovalnim infracrvenim (LWIR) slikovnim uređajem.

Desno: SWIR snimanje iste scene. SWIR svjetlo interagira s objektima slično vidljivoj svjetlosti, stvarajući tako poznate slike kroz staklene prozore. Primijetite da automobili na parkiralištu imaju sjene slične onima koje proizvodi kamera s vidljivom svjetlošću.

3.6 Industrijska inspekcija

Lijevo: Vidljiva slika vodotornja snimljena kamerom mobitela.

Desno: SWIR snimanje iste scene. SWIR kamere detektiraju dulje valne duljine svjetlosti od kamera s vidljivom svjetlošću, što uzrokuje da se različiti slojevi boje na vodotornju pojavljuju na SWIR slici.

3.7 Dijagnostika poslovnih/građevinskih objekata

Lijevo: Vidljiva slika unutarnjeg zida poslovne zgrade snimljena kamerom mobilnog telefona.

Desno: Održavanje i popravci su skupi za vlasnike stambenih i poslovnih zgrada. Svaki unutarnji i vanjski zid sadrži vrijedne informacije ispod obojene površine. Koristite infracrvene inspekcijske kamere za brzo prepoznavanje nosača i konstrukcijskih elemenata, kao i detaljne informacije o električnim, HVAC, vodovodnim i sigurnosnim sustavima. Otkrijte skrivene obrasce vlage i identificirajte potencijalna vodovodna ili vanjska curenja prije nego što se prošire.

3.8 Inspekcija hrane

Lijevo: Vidljiva i SWIR slika jabuke. SWIR svjetlost se uvelike apsorbira u vodi, što olakšava detekciju oštećenog dijela jabuke u SWIR-u.

Desno: Vidljiva i SWIR slika jabuke. SWIR svjetlost se uvelike apsorbira u vodi, što olakšava detekciju oštećenog dijela jabuke u SWIR-u.

3.9 Tonardo Research

Lijevo: Podnožje grmljavinskog oblaka vidljivo u blizini Lebanona u Indiani 15. lipnja 2016.

Desno: SWIR baza grmljavine u blizini Lebanona, Indiana, 15. lipnja 2016., prikazuje veći dinamički raspon i poboljšane detalje teksture oblaka na SWIR slici.

3.10 Prodorni obskuranti atmosfere

SWIR InGaAs kamere mogu snimati slike kroz kišu, maglu, dim i druge obskurante. Vidljiva slika s lijeve strane ne može se detektirati. Međutim, SWIR kamera može vidjeti kroz atmosferske obskurante kako bi utvrdila uzrok. Slika s desne strane snimljena je u večernjim satima prije sumraka, otprilike 150 metara iznad tla. Prikazana udaljenost od kamere je otprilike 1.5 kilometra.

4. Zaključak

SWIR snimanje premošćuje jaz između vidljivog i termalnog infracrvenog snimanja, pružajući snimanje visoke rezolucije i visokog kontrasta u zahtjevnim uvjetima osvjetljenja i okoline. Njegova svestranost čini ga nezamjenjivim u industrijskoj automatizaciji, sigurnosti, praćenju okoliša i znanstvenim istraživanjima.