הערה על יישום הדמיית SWIR

מחבר: בריאן נג - מנהל שיווק

1. מבוא

אור אינפרא אדום קצר-גל (SWIR) הוא חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי, בדרך כלל בטווח אורכי הגל של 0.9 מיקרומטר עד 2.5 מיקרומטר (900 ננומטר עד 2500 ננומטר) ולכן אינו נראה לעין האנושית.

עם זאת, אור SWIR מקיים אינטראקציה עם עצמים באופן דומה לאורכי גל גלויים בכך שפוטונים מוחזרים על ידי העצם עצמו. כתוצאה מאופי מחזיר אור זה, לאור SWIR יש ניגודיות וצללים בתמונות שהוא מייצר, שהם דרישה הכרחית להדמיה ברזולוציה גבוהה.

SWIR שונה מאור אינפרא אדום גל בינוני (MWIR) ואור אינפרא אדום גל ארוך (LWIR), הנפלט מאובייקט כ-IR תרמי (חום) ולכן יש לו רזולוציה נמוכה יותר ומציג תמונות פחות מפורטות.

אורכי גל של SWIR ניתנים לצפייה רק ​​על ידי חיישנים כגון אינדיום גליום ארסניד (InGaAs). תמונות מחיישני מצלמה מסוג InGaAs דומות בפירוט וברזולוציה לתמונות של אור נראה, אך אינן בצבע. זהו אחד היתרונות הרבים של SWIR, שכן הוא מאפשר לזהות עצמים ביתר קלות ולזהות אותם באופן אינדיבידואלי.

2. עקרון הפעולה

כדי להשיג תמונות ברזולוציה גבוהה אלו, חיוני להשתמש בעדשה שתוכננה ומצופה במיוחד עבור טווח אורכי הגל SWIR.

שימוש בעדשה המיועדת לספקטרום הנראה יביא לתמונות ברזולוציה נמוכה יותר ולסטיות אופטיות גבוהות יותר. מאחר ואורכי גל SWIR ניתנים להעברה דרך זכוכית, אז ניתן לייצר עדשות ורכיבים אופטיים אחרים (מסננים אופטיים, חלונות וכו') המיועדים ל-SWIR באמצעות אותן טכניקות המשמשות עבור רכיבים גלויים. זה מוביל לעלויות ייצור נמוכות יותר ומאפשר שימוש בחלונות מגן ומסננים בתוך המערכת האופטית.

3. יישומי הדמיה SWIR

מספר רב של יישומי הדמיה SWIR שקשה או בלתי אפשריים לביצוע באמצעות אור נראה אפשריים באמצעות SWIR.

3.1 ראייה בתנאי תאורה חלשים – ראיית לילה

התמונה משמאל צולמה שעתיים לאחר השקיעה בליל ירח מלא, במרחק של 250 מטרים. תמונת האור הנראה צולמה באמצעות מצלמת קנון 5D Mark III עם עדשת 115 מ"מ f/4.5, עם חשיפה מאולצת של 1/30 שנייה ו-ISO 12800.

התמונה מימין צולמה ממרחק של 250 מטר, שעתיים לאחר השקיעה, בליל ירח מלא. תמונת ה-SWIR שלמעלה צולמה באמצעות מצלמת JSX ברזולוציה גבוהה (HD) ברזולוציה של 1280×1024. התמונה צולמה באמצעות עדשה 50 מ"מ f/1.4 מותאמת ל-SWIR עם הגדרת חשיפה של 1/30 שנייה. בשל עוצמת הקרינה הסביבתית של שמי הלילה, מצלמת SWIR בעלת הגבר גבוה יכולה לייצר תמונות לילה ברורות על פני תמונות באור נראה.

3.2 ראייה מבעד לעשן ואש

אור בעל אורכי גל ארוכים יותר יכול לעבור ביתר קלות דרך חומרים אטמוספריים כמו אבק, ערפל ועשן. מכיוון שלפס SWIR יש אורכי גל ארוכים יותר מאשר אור נראה, מצלמות SWIR יכולות לצלם סצנות מאחורי עשן קל, כפי שמוצג בתמונה של שריפת יער מימין.

3.3 יישומים ימיים

משמאל: מצלמה תרמית מזהה ניגודיות טמפרטורה. מכיוון שלשחיינים יש טמפרטורה דומה לזו של המים, הם משתלבים בקלות עם הרקע. זה נקרא מעבר תרמי.

מימין: מצלמות SWIR מזהות אור מוחזר בדומה למצלמות אור נראה. בשל קצב הבליעה הגבוה של אור SWIR במים, השחיין המוצג בתמונת SWIR מציג ניגודיות תמונה גבוהה, מה שמקל על הזיהוי.

3.4 זיהוי תחפושות

תמונת האור הנראה בצד מציגה שחקן שלובש שיער פנים מלאכותי, שכמעט בלתי ניתן לגילוי במצלמות אור נראה. דימומיית ה-SWIR (מימין) מבטלת בקלות את התחפושת שלבש השחקן. שיער טבעי ובדים טבעיים (כגון כותנה) מחזירי אור מאוד ב-SWIR. שימו לב כיצד בהדמיית ה-SWIR, שיערו הטבעי של השחקן פוגש את שיער הפנים המלאכותי שלבש בתחפושת. שימו לב גם כיצד חליפתו וחולצתו השחורות של השחקן נראות לבנות ב-SWIR.

3.5 שיפור ראיית הנהג

משמאל: תמונה נראית לעין שצולמה מרכב כאשר פנסיו כבויים בלילה כמעט ללא ירח.

מימין: הדמיית SWIR של אותה סצנה שצולמה באמצעות תאורת SWIR שאינה ניתנת לגילוי על ידי עין אנושית. ניתן לשלב חיישנים של מצלמות SWIR מסוג Infinity בפלטפורמות רכב כדי לשפר את ראיית הנהג בחושך מוחלט.

3.5 ראייה דרך זכוכית

משמאל: תמונה תרמית של חלון זכוכית באמצעות מכשיר הדמיית אינפרא אדום בעל גל ארוך (LWIR).

מימין: דימות SWIR של אותה סצנה. אור SWIR מקיים אינטראקציה עם עצמים בדומה לאור נראה, ובכך מייצר תמונות מוכרות דרך חלונות זכוכית. שימו לב שלמכוניות בחניון יש צללים דומים לאלה המופקים ממצלמת אור נראה.

3.6 בדיקה תעשייתית

משמאל: תמונה נראית לעין של מגדל המים שצולמה במצלמת טלפון סלולרי.

מימין: דימות SWIR של אותה סצנה. מצלמות SWIR מזהות אורכי גל ארוכים יותר של אור מאשר מצלמות אור נראה, מה שגורם לשכבות הצבע השונות על מגדל המים להופיע בתמונת SWIR.

3.7 אבחון מסחרי / מבנים

משמאל: תמונה נראית לעין של הקיר הפנימי של בניין מסחרי שצולמה במצלמת טלפון נייד.

מימין: עבודות תחזוקה ותיקון יקרות עבור בעלי מבנים למגורים ולמסחר. כל קיר פנימי וחיצוני מכיל מידע חשוב מתחת לפני השטח הצבועים. השתמשו במצלמות בדיקה אינפרא אדום כדי לזהות במהירות קורות ואלמנטים מבניים, כמו גם מידע מפורט על מערכות חשמל, מיזוג אוויר, מים ואבטחה. גלו דפוסי לחות נסתרים וזהו דליפות אינסטלציה או חיצוניות פוטנציאליות לפני שהן מתפשטות.

3.8 בדיקת מזון

משמאל: תמונה נראית ותמונה SWIR של תפוח. אור SWIR נספג מאוד במים, מה שהופך את החלק החבול של התפוח לזיהוי בקלות ב-SWIR.

מימין: תמונה נראית ותמונה SWIR של תפוח. אור SWIR נספג מאוד במים, מה שהופך את החלק החבול של התפוח לזיהוי בקלות ב-SWIR.

3.9 מחקר טונרדו

משמאל: בסיס ענן סופת רעמים הנראה ליד לבנון, אינדיאנה, ב-15 ביוני 2016.

מימין: בסיס סופת רעמים SWIR ליד לבנון, אינדיאנה, ב-15 ביוני 2016, מציג טווח דינמי גבוה יותר ופרטי מרקם עננים משופרים בתמונת SWIR.

3.10 חומרי הסתרה חודרים לאטמוספרה

מצלמות SWIR InGaAs מסוגלות ללכוד תמונות דרך גשם, ערפל, עשן וחומרי הסתרה אחרים. התמונה הנראית משמאל אינה ניתנת לזיהוי. עם זאת, מצלמת SWIR יכולה לראות דרך חומרי הסתרה אטמוספריים כדי לקבוע את הסיבה. התמונה מימין צולמה בערב לפני רדת החשיכה, כ-150 מטרים מעל הקרקע. המרחק המוצג כאן הוא כ-1.5 קילומטרים מהמצלמה.

4. סיכום

הדמיית SWIR מגשרת על הפער בין חישה אינפרא-אדומה נראית ותרמית, ומספקת הדמיה ברזולוציה גבוהה ובניגודיות גבוהה בתנאי תאורה וסביבה מאתגרים. הרבגוניות שלה הופכת אותה לחיונית באוטומציה תעשייתית, אבטחה, ניטור סביבתי ומחקר מדעי.