SWIR képalkotási alkalmazási megjegyzés
Szerző: Bryan Ng – marketing menedzser
Kiadja:
Utoljára szerkesztve:
1. Bevezetés
A rövidhullámú infravörös (SWIR) fény az elektromágneses spektrum része, jellemzően a 0.9 μm és 2.5 μm (900 nm és 2500 nm) közötti hullámhossztartományban, ezért az emberi szem számára láthatatlan.
A SWIR fény azonban a látható hullámhosszakhoz hasonló módon lép kölcsönhatásba a tárgyakkal, mivel a fotonokat maga a tárgy visszaveri. Ennek a fényvisszaverő tulajdonságnak köszönhetően a SWIR fény kontraszttal és árnyékokkal rendelkezik az általa előállított képeken, amelyek a nagy felbontású képalkotás elengedhetetlen követelményei.
A SWIR nem hasonlít a középhullámú infravörös (MWIR) és a hosszúhullámú infravörös (LWIR) fényhez, amelyet egy tárgy termikus IR (hő) formájában bocsát ki, ezért kisebb a felbontása, és kevésbé részletgazdag képeket mutat.
A SWIR hullámhosszakat csak olyan érzékelők érzékelik, mint az indium-gallium-arzenid (InGaAs). Az InGaAs kamerák érzékelőinek képei részletességben és felbontásban összehasonlíthatók a látható fény képeivel, de nem színesek. Ez a SWIR számos előnyének egyike, mivel lehetővé teszi a tárgyak könnyebb felismerését és egyedi azonosítását.
2. Működési elv
E nagy felbontású képek eléréséhez elengedhetetlen egy kifejezetten a SWIR hullámhossz-tartományhoz tervezett és bevont lencse használata.
A látható spektrumhoz tervezett objektív használata alacsonyabb felbontású képeket és nagyobb optikai aberrációt eredményez. Mivel a SWIR hullámhosszak üvegen keresztül továbbíthatók, így a SWIR-hez tervezett lencsék és egyéb optikai alkatrészek (optikai szűrők, ablakok stb.) ugyanazokkal a technikákkal gyárthatók, mint a látható alkatrészeknél. Ez alacsonyabb gyártási költségekhez vezet, és lehetővé teszi védőablakok és szűrők használatát az optikai rendszeren belül.
3. SWIR képalkotási alkalmazások
Számos olyan SWIR képalkotási alkalmazás lehetséges, amelyeket látható fény mellett nehéz vagy lehetetlen elvégezni.
3.1 Látás gyenge fényviszonyok között – Éjjellátó
A bal oldali képet naplemente után két órával, teliholdas éjszakán, 250 méter távolságból készítették. A látható fényben készült képet egy Canon 5D Mark III fényképezőgéppel, 115 mm-es f/4.5 objektívvel, 1/30 másodperces kényszerített expozícióval és ISO 12800 érzékenységgel rögzítették.
A jobb oldali képet 250 méteres távolságból, naplemente után két órával, egy teliholdas éjszakán készítették. A fenti SWIR-felvételt egy nagy felbontású, 1280×1024-es JSX kamerával rögzítették. A képet egy 50 mm-es f/1.4-es SWIR-re optimalizált objektívvel rögzítették, 1/30 másodperces expozíciós beállítással. Az éjszakai égbolt környezeti besugárzása miatt a nagy nyereségű SWIR kamera tiszta éjszakai képeket tud készíteni a látható fényben készült képeken felül.
3.2 Füstön és tűzön át látás
A hosszabb hullámhosszú fény könnyebben áthatol a légköri zavaró tényezőkön, például a poron, a ködön és a füstön. Mivel a SWIR sáv hullámhossza hosszabb, mint a látható fényé, a SWIR kamerák képesek képet alkotni a vékony füst mögötti jelenetekről, ahogyan az a jobb oldali erdőtűz képén is látható.
3.3 Tengerészeti alkalmazások
Balra: Egy hőkamera érzékeli a hőmérséklet-különbséget. Mivel az úszók hőmérséklete hasonló a víz hőmérsékletéhez, könnyen beleolvadnak a háttérbe. Ezt termikus átfedésnek nevezik.
Jobbra: A SWIR kamerák a látható fényt vizsgáló kamerákhoz hasonlóan érzékelik a visszavert fényt. A SWIR fény vízben való magas elnyelési sebessége miatt a SWIR képen látható úszó nagy képkontraszttal rendelkezik, ami megkönnyíti a detektálást.
3.4 Álcázás észlelése
Az oldalsó látható fényfelvételen egy színész látható, aki mesterséges arcszőrzetet visel, amelyet a látható fény kamerák szinte láthatatlanok. A SWIR képalkotás (jobbra) könnyen leleplezi a színész álruháját. Az emberi haj és a természetes anyagok (például a pamut) erősen fényvisszaverőek a SWIR-ben. Figyeljük meg, hogyan találkozik a SWIR-képalkotásban a színész természetes haja az álruhában viselt mesterséges arcszőrzettel. Azt is figyeljük meg, hogy a színész fekete öltönye és inge fehérnek tűnik a SWIR-ben.
3.5 Vezetői látásélesség javítása
Balra: Látható kép egy járműből, kikapcsolt fényszórókkal, egy szinte holdtalan éjszakán.
Jobbra: Ugyanazon jelenet SWIR képalkotása, amelyet egy emberi szemmel láthatatlan SWIR megvilágítóval rögzítettek. Az Infinity SWIR kamerák érzékelői beépíthetők a járművek platformjaiba, hogy javítsák a vezető látását teljes sötétségben.
3.5 Üvegen keresztül látás
Balra: Üvegablak hőképe hosszúhullámú infravörös (LWIR) képalkotó készülékkel.
Jobbra: Ugyanazon jelenet SWIR képalkotása. A SWIR fény a látható fényhez hasonlóan kölcsönhatásba lép a tárgyakkal, így ismerős képeket hoz létre az üvegablakon keresztül. Figyeljük meg, hogy a parkolóban lévő autók árnyékai hasonlóak a látható fény kamerák által létrehozottakhoz.
3.6 Ipari ellenőrzés
Balra: A víztorony látható képe, mobiltelefon kamerájával rögzítve.
Jobbra: Ugyanazon jelenet SWIR felvétele. A SWIR kamerák hosszabb hullámhosszú fényt érzékelnek, mint a látható fényt mérő kamerák, aminek következtében a víztorony különböző festékrétegei megjelennek a SWIR képen.
3.7 Kereskedelmi / Épületdiagnosztika
Balra: Egy kereskedelmi épület belső falának látható képe, mobiltelefon kamerájával rögzítve.
Jobbra: A karbantartási és javítási munkák költségesek a lakó- és kereskedelmi épületek tulajdonosai számára. Minden belső és külső fal értékes információkat tartalmaz a festett felület alatt. Infravörös vizsgálókamerák segítségével gyorsan azonosíthatja a tartógerendákat és a szerkezeti elemeket, valamint részletes információkat kaphat az elektromos, HVAC, víz- és biztonsági rendszerekről. Fedezze fel a rejtett nedvességmintákat, és azonosítsa a potenciális vízvezeték- vagy külső szivárgásokat, mielőtt azok elterjednének.
3.8 Élelmiszer-ellenőrzés
Balra: Egy alma látható és SWIR képe. A SWIR fény nagymértékben elnyelődik a vízben, így az alma sérült része könnyen észrevehető a SWIR-ben.
Jobbra: Egy alma látható és SWIR képe. A SWIR fény nagymértékben elnyelődik a vízben, így az alma sérült része könnyen észrevehető a SWIR-ben.
3.9 Tonardo Research
Balra: Egy zivatarfelhő alapja látható Lebanon közelében, Indianában, 2016. június 15-én.
Jobbra: SWIR zivatarbázis Lebanon közelében, Indianában, 2016. június 15-én, nagyobb dinamikatartományt és fokozott felhőtextúra-részletezettséget mutatva a SWIR képen.
3.10 Áthatoló légköri elhomályosítók
A SWIR InGaAs kamerák képesek képeket rögzíteni esőben, párában, füstben és egyéb homályos tényezőkön keresztül. A bal oldali látható kép nem érzékelhető. A SWIR kamera azonban képes átlátni a légköri homályos tényezőkön, és megállapítani a kép okát. A jobb oldali képet alkonyat előtt este készítették, körülbelül 150 méterrel a talaj felett. Az itt látható távolság körülbelül 1.5 kilométer a kamerától.
4. Következtetés
A SWIR képalkotás áthidalja a szakadékot a látható és a termikus infravörös érzékelés között, nagy felbontású, nagy kontrasztú képalkotást biztosítva kihívást jelentő fény- és környezeti körülmények között. Sokoldalúsága nélkülözhetetlenné teszi az ipari automatizálásban, a biztonságban, a környezeti monitorozásban és a tudományos kutatásban.
