Nota de aplicação de imagem SWIR
Autor: Bryan Ng – Gerente de Marketing
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1. Introdução
A luz infravermelha de ondas curtas (SWIR) faz parte do espectro eletromagnético, tipicamente na faixa de comprimento de onda de 0.9 μm a 2.5 μm (900 nm a 2500 nm) e, portanto, é invisível ao olho humano.
No entanto, a luz SWIR interage com os objetos de maneira semelhante aos comprimentos de onda visíveis, refletindo os fótons. Como resultado dessa natureza reflexiva, a luz SWIR produz contraste e sombras nas imagens, o que é um requisito necessário para imagens de alta resolução.
O SWIR é diferente da luz infravermelha de onda média (MWIR) e infravermelha de onda longa (LWIR), que é emitida de um objeto como infravermelho térmico (calor) e, portanto, tem resolução mais baixa e mostra imagens menos detalhadas.
As ondas de infravermelho de onda curta (SWIR) só podem ser detectadas por sensores como o de arseneto de índio e gálio (InGaAs). As imagens captadas por sensores de câmeras InGaAs são comparáveis em detalhes e resolução às imagens de luz visível, porém não são coloridas. Essa é uma das muitas vantagens do SWIR, pois permite que os objetos sejam reconhecidos e identificados individualmente com mais facilidade.
2. Princípio de Operação
Para obter essas imagens de alta resolução, é essencial usar uma lente projetada e revestida especificamente para a faixa de comprimento de onda SWIR.
Usar uma lente projetada para o espectro visível resultará em imagens de resolução mais baixa e aberrações ópticas mais altas. Como os comprimentos de onda do SWIR são transmissíveis através do vidro, as lentes e outros componentes ópticos (filtros ópticos, janelas, etc.) projetados para o SWIR podem ser fabricados usando as mesmas técnicas usadas para componentes visíveis. Isso leva a custos de fabricação mais baixos e permite o uso de janelas e filtros de proteção dentro do sistema óptico.
3. Aplicações de Imagem SWIR
Um grande número de aplicações de imagem SWIR, difíceis ou impossíveis de realizar com luz visível, são possíveis com o uso de SWIR.
3.1 Visão em condições de baixa luminosidade – Visão noturna
A imagem à esquerda foi capturada duas horas após o pôr do sol, em uma noite de lua cheia, a uma distância de 250 metros. A imagem em luz visível foi capturada usando uma Canon 5D Mark III com uma lente de 115 mm f/4.5, com exposição forçada de 1/30 de segundo e ISO 12800.
A imagem à direita foi capturada a uma distância de 250 m, duas horas após o pôr do sol, em uma noite de lua cheia. A imagem SWIR acima foi capturada usando uma câmera JSX de alta definição de 1280×1024. A imagem foi capturada com uma lente de 50 mm f/1.4 otimizada para SWIR com uma configuração de exposição de 1/30 de segundo. Devido à irradiação ambiente do céu noturno, a câmera SWIR de alto ganho pode produzir imagens noturnas mais nítidas do que imagens de luz visível.
3.2 Enxergando através da fumaça e do fogo
A luz com comprimentos de onda mais longos consegue atravessar com mais facilidade elementos que obscurecem a atmosfera, como poeira, neblina e fumaça. Como a banda SWIR possui comprimentos de onda maiores que a luz visível, as câmeras SWIR conseguem capturar imagens de cenas atrás de uma leve fumaça, como mostra a imagem do incêndio florestal à direita.
3.3 Aplicações Marítimas
À esquerda: Uma câmera térmica detecta o contraste de temperatura. Como os nadadores têm uma temperatura semelhante à da água, eles se camuflam facilmente com o ambiente. Isso é chamado de cruzamento térmico.
À direita: as câmeras SWIR detectam a luz refletida de forma semelhante às câmeras de luz visível. Devido à alta taxa de absorção da luz SWIR na água, o nadador mostrado na imagem SWIR apresenta alto contraste, facilitando sua detecção.
3.4 Detecção de Disfarces
A imagem em luz visível ao lado mostra um ator usando barba artificial, praticamente indetectável para câmeras de luz visível. A imagem SWIR (à direita) revela facilmente o disfarce usado pelo ator. Cabelo humano e tecidos naturais (como algodão) são altamente reflexivos no infravermelho de ondas curtas (SWIR). Observe como, na imagem SWIR, o cabelo natural do ator se encontra com a barba artificial usada no disfarce. Observe também como o terno e a camisa pretos do ator aparecem brancos no SWIR.
3.5 Melhoria da Visão do Motorista
À esquerda: Imagem visível capturada de um veículo com os faróis apagados em uma noite quase sem lua.
À direita: Imagem SWIR da mesma cena capturada usando um iluminador SWIR indetectável ao olho humano. As câmeras SWIR da Sensors Infinity podem ser incorporadas em plataformas veiculares para melhorar a visão do motorista na escuridão total.
3.5 Vendo através do vidro
À esquerda: Imagem térmica de uma janela de vidro obtida com um dispositivo de imagem infravermelha de ondas longas (LWIR).
À direita: Imagem SWIR da mesma cena. A luz SWIR interage com os objetos de forma semelhante à luz visível, produzindo imagens familiares através de janelas de vidro. Observe que os carros no estacionamento têm sombras semelhantes às produzidas por uma câmera de luz visível.
3.6 Inspeção Industrial
À esquerda: Imagem visível da torre de água capturada com a câmera de um celular.
À direita: Imagem SWIR da mesma cena. As câmeras SWIR detectam comprimentos de onda de luz mais longos do que as câmeras de luz visível, fazendo com que as várias camadas de tinta na caixa d'água apareçam na imagem SWIR.
3.7 Diagnóstico Comercial/de Edifícios
À esquerda: Imagem visível da parede interna de um prédio comercial capturada com a câmera de um celular.
À direita: Os custos de manutenção e reparo são elevados para proprietários de edifícios residenciais e comerciais. Cada parede, interna ou externa, contém informações valiosas sob a superfície pintada. Utilize câmeras de inspeção infravermelha para identificar rapidamente vigas e elementos estruturais, além de informações detalhadas sobre sistemas elétricos, de climatização, hidráulicos e de segurança. Descubra padrões de umidade ocultos e identifique possíveis vazamentos hidráulicos ou externos antes que se alastrem.
3.8 Inspeção de Alimentos
À esquerda: Imagem visível e SWIR de uma maçã. A luz SWIR é altamente absorvida pela água, tornando a parte machucada da maçã facilmente detectável em SWIR.
À direita: Imagem visível e SWIR de uma maçã. A luz SWIR é altamente absorvida pela água, tornando a parte machucada da maçã facilmente detectável em SWIR.
3.9 Tonardo Research
À esquerda: A base de uma nuvem de tempestade visível perto de Lebanon, Indiana, em 15 de junho de 2016.
À direita: Base de tempestade SWIR perto de Lebanon, Indiana, em 15 de junho de 2016, mostrando maior alcance dinâmico e detalhes aprimorados da textura das nuvens na imagem SWIR.
3.10 Obscurantes Atmosféricos Penetrantes
As câmeras SWIR InGaAs são capazes de capturar imagens através de chuva, neblina, fumaça e outros agentes obscurecedores. A imagem visível à esquerda não pode ser detectada. No entanto, a câmera SWIR consegue enxergar através desses agentes obscurecedores atmosféricos para determinar a causa. A imagem à direita foi capturada ao entardecer, a aproximadamente 150 metros do solo. A distância mostrada aqui é de aproximadamente 1.5 quilômetros da câmera.
4. Conclusão
A imagem SWIR preenche a lacuna entre a detecção no infravermelho visível e no infravermelho térmico, fornecendo imagens de alta resolução e alto contraste em condições ambientais e de iluminação desafiadoras. Sua versatilidade a torna indispensável em automação industrial, segurança, monitoramento ambiental e pesquisa científica.
