SWIR Görüntüleme Uygulama Notu

Yazar: Bryan Ng – Pazarlama Müdürü

1. Giriş

Kısa dalga kızılötesi (SWIR) ışık, elektromanyetik spektrumun bir parçasıdır ve tipik olarak 0.9 μm ile 2.5 μm (900 nm ile 2500 nm) dalga boyu aralığındadır, bu nedenle insan gözüyle görülemez.

Ancak SWIR ışığı, fotonların nesnenin kendisi tarafından yansıtılması nedeniyle, görünür dalga boylarına benzer şekilde nesnelerle etkileşime girer. Bu yansıtıcı özelliğinin bir sonucu olarak, SWIR ışığının ürettiği görüntülerde kontrast ve gölgeler oluşur; bu da yüksek çözünürlüklü görüntüleme için gerekli bir koşuldur.

SWIR, bir nesneden termal IR (ısı) olarak yayılan ve bu nedenle daha düşük çözünürlüğe sahip olan ve daha az ayrıntılı görüntüler gösteren Orta Dalga Kızılötesi (MWIR) ve Uzun Dalga Kızılötesi (LWIR) ışığına benzemez.

SWIR dalga boyları yalnızca İndiyum Galyum Arsenür (InGaAs) gibi sensörler tarafından görülebilir. InGaAs kamera sensörlerinden gelen görüntüler, ayrıntı ve çözünürlük açısından görünür ışık görüntüleriyle karşılaştırılabilir, ancak renkli değildir. Bu, SWIR'nin nesnelerin daha kolay tanınmasını ve tek tek tanımlanmasını sağlayan birçok avantajından biridir.

2. Çalışma Prensibi

Bu yüksek çözünürlüklü görüntüleri elde etmek için, SWIR dalga boyu aralığı için özel olarak tasarlanmış ve kaplanmış bir lens kullanmak esastır.

Görünür spektrum için tasarlanmış bir lens kullanmak, daha düşük çözünürlüklü görüntülere ve daha yüksek optik sapmalara neden olur. SWIR dalga boyları camdan iletilebilir olduğundan, SWIR için tasarlanan lensler ve diğer optik bileşenler (optik filtreler, pencereler, vb.), görünür bileşenler için kullanılan tekniklerin aynısı kullanılarak üretilebilir. Bu, üretim maliyetlerinin düşmesine yol açar ve optik sistem içinde koruyucu pencerelerin ve filtrelerin kullanılmasını sağlar.

3. SWIR Görüntüleme Uygulamaları

Görünür ışık kullanılarak gerçekleştirilmesi zor veya imkansız olan çok sayıda SWIR görüntüleme uygulaması SWIR kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir.

3.1 Düşük Işık Koşullarında Görme – Gece Görüşü

Soldaki görüntü, dolunaylı bir gecede, gün batımından iki saat sonra, 250 metre mesafeden çekildi. Görünür ışık görüntüsü, 1/30 saniyelik zorunlu pozlama ve ISO 12800 ile 115 mm f/4.5 lensli bir Canon 5D Mark III kullanılarak çekildi.

Sağdaki görüntü, dolunaylı bir gecede, gün batımından iki saat sonra, 250 metre mesafeden çekilmiştir. Yukarıdaki SWIR görüntüleme, yüksek çözünürlüklü 1280×1024 JSX kamera kullanılarak çekilmiştir. Görüntü, 1/30 saniyelik pozlama ayarına sahip 50 mm f/1.4 SWIR optimizasyonlu bir lens kullanılarak çekilmiştir. Gece gökyüzünün ortam ışınımı nedeniyle, yüksek kazançlı SWIR kamera, görünür ışık görüntülerine kıyasla net gece görüntüleri üretebilir.

3.2 Duman ve Ateşin İçinden Görmek

Daha uzun dalga boylarına sahip ışık, toz, pus ve duman gibi atmosferik engelleyicilerden daha kolay geçebilir. SWIR bandı görünür ışıktan daha uzun dalga boylarına sahip olduğundan, SWIR kameralar, sağdaki orman yangını görüntüsünde gösterildiği gibi, hafif dumanın ardındaki sahneleri görüntüleyebilir.

3.3 Denizcilik Uygulamaları

Sol: Bir termal kamera sıcaklık kontrastını algılıyor. Yüzücülerin sıcaklığı suyla benzer olduğundan, arka planla kolayca uyum sağlıyorlar. Buna termal geçiş denir.

Sağda: SWIR kameralar, yansıyan ışığı görünür ışık kameralarına benzer şekilde algılar. SWIR ışığının sudaki yüksek emilim oranı nedeniyle, SWIR görüntülemede gösterilen yüzücü yüksek görüntü kontrastı sergiler ve bu da onu tespit etmeyi kolaylaştırır.

3.4 Kılık Değiştirme Algılama

Yandaki görünür ışık görüntüsü, görünür ışık kameraları tarafından neredeyse algılanamayan yapay sakal takan bir oyuncuyu gösteriyor. SWIR görüntüleme (sağda), oyuncunun giydiği kılık değiştirmeyi kolayca bozuyor. İnsan saçı ve doğal kumaşlar (pamuk gibi) SWIR'de oldukça yansıtıcıdır. SWIR görüntülemede, oyuncunun doğal saçının kılık değiştirmede kullanılan yapay sakalla nasıl buluştuğuna dikkat edin. Ayrıca, oyuncunun siyah takım elbisesi ve gömleğinin SWIR'de nasıl beyaz göründüğüne de dikkat edin.

3.5 Sürücü Görüş Geliştirme

Sol: Ay ışığının neredeyse olmadığı bir gecede farları kapalı bir araçtan alınan görüntü.

Sağda: İnsan gözünün algılayamadığı bir SWIR aydınlatıcı kullanılarak çekilen aynı sahnenin SWIR görüntüsü. Infinity SWIR kameralar, sürücülerin tam karanlıkta görüşünü iyileştirmek için araç platformlarına entegre edilebilir.

3.5 Camdan Görmek

Sol: Uzun dalga kızılötesi (LWIR) görüntüleyici kullanılarak bir cam pencerenin termal görüntüsü.

Sağda: Aynı sahnenin SWIR görüntüsü. SWIR ışığı, nesnelerle görünür ışığa benzer şekilde etkileşime girerek cam pencerelerden tanıdık görüntüler oluşturur. Otoparktaki arabaların gölgelerinin, görünür ışık kamerasının oluşturduğu gölgelere benzer olduğuna dikkat edin.

3.6 Endüstriyel Muayene

Sol: Cep telefonu kamerasıyla çekilen su kulesinin görünen görüntüsü.

Sağda: Aynı sahnenin SWIR görüntüsü. SWIR kameralar, görünür ışık kameralarından daha uzun dalga boylarındaki ışığı algılayarak su kulesindeki çeşitli boya katmanlarının SWIR görüntüsünde görünmesine neden oluyor.

3.7 Ticari / Bina Tanılama

Sol: Bir ticari binanın iç duvarının cep telefonu kamerasıyla çekilmiş görüntüsü.

Sağ: Bakım ve onarım çalışmaları konut ve ticari bina sahipleri için maliyetlidir. Her iç ve dış duvar, boyalı yüzeyin altında değerli bilgiler barındırır. Direkleri ve yapısal elemanları hızlı bir şekilde tespit etmek ve elektrik, HVAC, su ve güvenlik sistemleri hakkında ayrıntılı bilgi edinmek için kızılötesi inceleme kameralarını kullanın. Gizli nem modellerini keşfedin ve olası tesisat veya dış sızıntıları yayılmadan önce tespit edin.

3.8 Gıda Denetimi

Sol: Bir elmanın görünür ve SWIR görüntüsü. SWIR ışığı suda yüksek oranda emilir, bu nedenle elmanın çürük kısmı SWIR'de kolayca tespit edilebilir.

Sağ: Bir elmanın görünür ve SWIR görüntüsü. SWIR ışığı suda yüksek oranda emilir, bu nedenle elmanın çürük kısmı SWIR'de kolayca tespit edilebilir.

3.9 Tonardo Araştırması

Sol: 15 Haziran 2016'da Indiana, Lebanon yakınlarında görülen bir fırtına bulutunun tabanı.

Sağda: 15 Haziran 2016'da Indiana, Lebanon yakınlarındaki SWIR fırtına tabanı, SWIR görüntüsünde daha yüksek dinamik aralık ve geliştirilmiş bulut dokusu ayrıntısı gösteriyor.

3.10 Nüfuz Eden Atmosfer Engelleyiciler

SWIR InGaAs kameralar, yağmur, pus, duman ve diğer engelleyici unsurların arasından görüntü yakalayabilir. Soldaki görünür görüntü algılanamaz. Ancak, SWIR kamera atmosferik engelleyici unsurların arasından bakarak sorunun nedenini belirleyebilir. Sağdaki görüntü, akşam karanlığından önceki akşam, yerden yaklaşık 150 metre yüksekte çekilmiştir. Burada gösterilen mesafe kameradan yaklaşık 1.5 kilometredir.

4. Sonuç

SWIR görüntüleme, görünür ve termal kızılötesi algılama arasındaki boşluğu doldurarak zorlu ışık ve çevre koşullarında yüksek çözünürlüklü ve yüksek kontrastlı görüntüleme sağlar. Çok yönlülüğü, onu endüstriyel otomasyon, güvenlik, çevresel izleme ve bilimsel araştırmalarda vazgeçilmez kılar.