Catatan Aplikasi Pencitraan SWIR

Penulis: Bryan Ng – Manajer Pemasaran

1. Pengantar

Sinar inframerah gelombang pendek (SWIR) adalah bagian dari spektrum elektromagnetik, biasanya dalam rentang panjang gelombang 0.9μm hingga 2.5μm (900nm hingga 2500nm) dan oleh karena itu tidak terlihat oleh mata manusia.

Namun, cahaya SWIR berinteraksi dengan objek dengan cara yang serupa dengan panjang gelombang tampak, yaitu foton dipantulkan oleh objek itu sendiri. Karena sifat reflektifnya, cahaya SWIR memiliki kontras dan bayangan pada gambar yang dihasilkannya, yang merupakan persyaratan penting untuk pencitraan beresolusi tinggi.

SWIR tidak seperti cahaya Mid-Wave Infrared (MWIR) dan Long-Wave Infrared (LWIR), yang dipancarkan dari objek sebagai thermal IR (panas) dan karenanya memiliki resolusi lebih rendah dan menampilkan gambar yang kurang detail.

Panjang gelombang SWIR hanya dapat dilihat oleh sensor seperti Indium Galium Arsenida (InGaAs). Gambar dari sensor kamera InGaAs memiliki detail dan resolusi yang sebanding dengan gambar cahaya tampak, tetapi tidak berwarna. Ini merupakan salah satu dari banyak keunggulan SWIR karena memungkinkan objek lebih mudah dikenali dan diidentifikasi satu per satu.

2. Prinsip Operasi

Untuk mendapatkan gambar beresolusi tinggi ini, penting untuk menggunakan lensa yang dirancang dan dilapisi secara khusus untuk kisaran panjang gelombang SWIR.

Menggunakan lensa yang didesain untuk spektrum tampak akan menghasilkan gambar beresolusi lebih rendah dan aberasi optik lebih tinggi. Karena panjang gelombang SWIR dapat ditransmisikan melalui kaca, maka lensa dan komponen optik lainnya (filter optik, jendela, dll.) yang dirancang untuk SWIR dapat diproduksi menggunakan teknik yang sama dengan yang digunakan untuk komponen yang terlihat. Hal ini menyebabkan biaya produksi lebih rendah dan memungkinkan penggunaan jendela pelindung dan filter dalam sistem optik.

3. Aplikasi Pencitraan SWIR

Sejumlah besar aplikasi pencitraan SWIR yang sulit atau tidak mungkin dilakukan menggunakan cahaya tampak, dimungkinkan menggunakan SWIR.

3.1 Melihat dalam Kondisi Cahaya Redup – Penglihatan Malam

Gambar di sebelah kiri diambil dua jam setelah matahari terbenam pada malam bulan purnama, pada jarak 250 meter. Gambar cahaya tampak ini diambil menggunakan Canon 5D Mark III dengan lensa 115mm f/4.5, dengan eksposur paksa 1/30 detik dan ISO 12800.

Gambar di sebelah kanan diambil pada jarak 250 m, dua jam setelah matahari terbenam, pada malam bulan purnama. Citra SWIR di atas diambil menggunakan kamera JSX definisi tinggi 1280×1024. Gambar diambil menggunakan lensa SWIR 50mm f/1.4 yang dioptimalkan untuk SWIR dengan pengaturan pencahayaan 1/30 detik. Berkat iradiasi ambient langit malam, kamera SWIR dengan gain tinggi dapat menghasilkan gambar malam hari yang jernih dibandingkan gambar cahaya tampak.

3.2 Melihat Melalui Asap dan Api

Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang dapat lebih mudah menembus penghalang atmosfer seperti debu, kabut, dan asap. Karena pita SWIR memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya tampak, kamera SWIR dapat mengambil gambar pemandangan di balik asap tipis, seperti yang ditunjukkan pada gambar kebakaran hutan di sebelah kanan.

3.3 Aplikasi Maritim

Kiri: Kamera termal mendeteksi kontras suhu. Karena perenang memiliki suhu yang mirip dengan air, mereka mudah menyatu dengan latar belakang. Ini disebut perpindahan termal.

Kanan: Kamera SWIR mendeteksi cahaya pantulan serupa dengan kamera cahaya tampak. Karena tingkat penyerapan cahaya SWIR yang tinggi di dalam air, perenang yang ditampilkan dalam pencitraan SWIR menunjukkan kontras gambar yang tinggi, sehingga lebih mudah dideteksi.

3.4 Deteksi Penyamaran

Citra cahaya tampak di samping menunjukkan seorang aktor mengenakan rambut wajah palsu, yang hampir tidak terdeteksi oleh kamera cahaya tampak. Citra SWIR (kanan) dengan mudah mengalahkan penyamaran yang dikenakan aktor tersebut. Rambut manusia dan kain alami (seperti katun) sangat reflektif dalam SWIR. Perhatikan bagaimana dalam citra SWIR, rambut alami aktor bertemu dengan rambut wajah palsu yang dikenakan dalam penyamarannya. Perhatikan juga bagaimana setelan dan kemeja hitam sang aktor tampak putih dalam SWIR.

3.5 Peningkatan Penglihatan Pengemudi

Kiri: Gambar tampak yang diambil dari kendaraan dengan lampu depan dimatikan pada malam hampir tanpa bulan.

Kanan: Pencitraan SWIR dari pemandangan yang sama, diambil menggunakan iluminator SWIR yang tidak terdeteksi oleh mata manusia. Kamera SWIR Infinity dapat diintegrasikan ke dalam platform kendaraan untuk meningkatkan visibilitas pengemudi dalam kegelapan total.

3.5 Melihat Melalui Kaca

Kiri: Gambar termal jendela kaca menggunakan pencitra inframerah gelombang panjang (LWIR).

Kanan: Pencitraan SWIR dari pemandangan yang sama. Cahaya SWIR berinteraksi dengan objek serupa dengan cahaya tampak, sehingga menghasilkan gambar yang familiar melalui jendela kaca. Perhatikan bahwa mobil-mobil di tempat parkir memiliki bayangan yang serupa dengan yang dihasilkan oleh kamera cahaya tampak.

3.6 Inspeksi Industri

Kiri: Citra menara air yang tampak, diambil dengan kamera telepon seluler.

Kanan: Pencitraan SWIR dari pemandangan yang sama. Kamera SWIR mendeteksi panjang gelombang cahaya yang lebih panjang daripada kamera cahaya tampak, sehingga berbagai lapisan cat pada menara air tampak dalam citra SWIR.

3.7 Diagnostik Komersial / Bangunan

Kiri: Gambar tampak dinding bagian dalam bangunan komersial yang diambil dengan kamera ponsel.

Kanan: Pekerjaan pemeliharaan dan perbaikan mahal bagi pemilik bangunan residensial dan komersial. Setiap dinding interior dan eksterior mengandung informasi berharga di bawah permukaan yang dicat. Gunakan kamera inspeksi inframerah untuk mengidentifikasi tiang dan elemen struktural dengan cepat, serta informasi detail tentang sistem kelistrikan, HVAC, air, dan keamanan. Temukan pola kelembapan tersembunyi dan identifikasi potensi kebocoran pipa atau eksterior sebelum menyebar.

3.8 Inspeksi Makanan

Kiri: Citra apel yang tampak dan SWIR. Cahaya SWIR sangat terserap dalam air, sehingga bagian apel yang memar mudah dideteksi dalam SWIR.

Kanan: Citra apel yang tampak dan SWIR. Cahaya SWIR sangat terserap dalam air, sehingga bagian apel yang memar mudah dideteksi dalam SWIR.

3.9 Penelitian Tonardo

Kiri: Dasar awan badai terlihat di dekat Lebanon, Indiana, pada tanggal 15 Juni 2016.

Kanan: Pangkalan badai petir SWIR dekat Lebanon, Indiana, pada tanggal 15 Juni 2016, menunjukkan rentang dinamis yang lebih tinggi dan detail tekstur awan yang ditingkatkan dalam gambar SWIR.

3.10 Pengabur Atmosfer yang Menembus

Kamera SWIR InGaAs mampu menangkap gambar menembus hujan, kabut, asap, dan penghalang lainnya. Gambar tampak di sebelah kiri tidak dapat dideteksi. Namun, kamera SWIR dapat menembus penghalang atmosfer untuk menentukan penyebabnya. Gambar di sebelah kanan diambil pada sore hari menjelang senja, sekitar 150 meter di atas permukaan tanah. Jarak yang ditampilkan di sini sekitar 1.5 km dari kamera.

4. Kesimpulan

Pencitraan SWIR menjembatani kesenjangan antara penginderaan inframerah tampak dan termal, menghasilkan pencitraan beresolusi tinggi dan kontras tinggi dalam kondisi pencahayaan dan lingkungan yang menantang. Fleksibilitasnya menjadikannya sangat penting dalam otomasi industri, keamanan, pemantauan lingkungan, dan penelitian ilmiah.