短波红外成像应用说明
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1. 引言
短波红外线(SWIR) 是电磁波谱的一部分，其波长范围通常在 0.9μm 至 2.5μm（900nm 至 2500nm）之间，因此人眼无法看到。
然而，短波红外光与物体相互作用的方式与可见光类似，即光子会被物体反射。由于这种反射特性，短波红外光产生的图像具有对比度和阴影，这是高分辨率成像的必要条件。
SWIR 不同于中波红外 (MWIR) 和长波红外 (LWIR) 光，后者以热红外（热）的形式从物体发出，因此分辨率较低，显示的图像细节较少。
只有铟镓砷（InGaAs）等传感器才能探测到短波红外（SWIR）波长。InGaAs相机传感器拍摄的图像在细节和分辨率上可与可见光图像媲美，但图像是黑白的。这正是短波红外的众多优势之一，因为它能使物体更容易被识别和区分。
五、工作原理
要获得这些高分辨率图像，必须使用专为 SWIR 波长范围设计和镀膜的镜头。
使用专为可见光谱设计的镜头会导致分辨率较低的图像和较高的光学像差。 由于 SWIR 波长可透过玻璃，因此可以使用与可见光组件相同的技术制造为 SWIR 设计的透镜和其他光学组件（滤光片、窗口等）。 这导致制造成本降低，并允许在光学系统内使用保护窗和过滤器。
3. 短波红外成像应用
使用短波红外 (SWIR) 可以实现许多使用可见光难以或无法实现的短波红外成像应用。
3.1 弱光条件下的视觉——夜视
左侧图像是在满月之夜日落两小时后拍摄的，距离为 250 米。可见光图像使用佳能 5D Mark III 相机和 115mm f/4.5 镜头拍摄，强制曝光时间为 1/30 秒，ISO 为 12800。
右侧图像是在满月之夜日落两小时后，距离250米处拍摄的。上方的短波红外（SWIR）图像由一台高分辨率1280×1024 JSX相机拍摄。该图像使用一支50mm f/1.4的SWIR优化镜头拍摄，曝光时间为1/30秒。由于夜空环境辐照度较高，这款高增益SWIR相机能够拍摄出比可见光图像更清晰的夜间图像。
3.2 看穿烟雾和火焰
波长较长的光更容易穿透大气中的遮蔽物，例如灰尘、雾霾和烟雾。由于短波红外波段的波长比可见光长，因此短波红外相机可以对薄烟后的场景进行成像，如右侧的森林火灾图像所示。
3.3 海事应用
左图：热成像摄像机检测温度差异。由于游泳者的温度与水温相近，他们很容易与背景融为一体。这被称为热成像交叉现象。
右图：短波红外（SWIR）相机探测反射光的原理与可见光相机类似。由于短波红外光在水中的吸收率很高，因此在短波红外图像中，游泳者的图像对比度很高，更容易被探测到。
3.4 伪装检测
侧面的可见光图像显示，演员戴着人造胡须，这种胡须几乎无法被可见光相机检测到。而短波红外（SWIR）成像（右侧）则能轻易识破演员的伪装。人类头发和天然织物（例如棉布）在短波红外波段具有很高的反射率。请注意，在短波红外成像中，演员的真发与伪装时佩戴的人造胡须是如何交织在一起的。此外，还要注意演员的黑色西装和衬衫在短波红外图像中呈现出白色。
3.5 驾驶员视觉增强
左图：在几乎没有月光的夜晚，从一辆关闭了前灯的汽车中拍摄的可见光图像。
右图：使用人眼无法察觉的短波红外（SWIR）照明器拍摄的同一场景的SWIR图像。Sensors Infinity SWIR摄像机可集成到车辆平台中，以增强驾驶员在完全黑暗环境下的视野。
3.5 透过玻璃看东西
左图：使用长波红外 (LWIR) 成像仪拍摄的玻璃窗热图像。
右图：同一场景的短波红外（SWIR）成像。短波红外光与物体的相互作用方式与可见光类似，因此可以透过玻璃窗产生我们熟悉的图像。请注意，停车场里的汽车阴影与可见光相机拍摄的阴影相似。
3.6 工业检测
左图：用手机摄像头拍摄的水塔实景照片。
右图：同一场景的短波红外（SWIR）成像图。短波红外相机探测的光波长比可见光相机更长，因此水塔上的各种油漆层在短波红外图像中清晰可见。
3.7 商业/建筑诊断
左图：用手机摄像头拍摄的商业建筑内墙的可见图像。
右图：对于住宅和商业建筑业主而言，维护和维修费用不菲。每一面内外墙的油漆表面下都蕴藏着宝贵的信息。使用红外检测摄像机可以快速识别墙柱和结构构件，以及电气、暖通空调、供水和安防系统的详细信息。发现隐藏的潮湿痕迹，并在潜在的管道或外部泄漏扩散之前将其识别出来。
3.8 食品检验
左图：苹果的可见光和短波红外（SWIR）图像。短波红外光极易被水吸收，因此苹果的擦伤部分在短波红外图像中很容易被检测到。
右图：苹果的可见光和短波红外（SWIR）图像。短波红外光极易被水吸收，因此苹果的擦伤部分在短波红外图像中很容易被检测到。
3.9 托纳多研究
左图：2016 年 6 月 15 日，在印第安纳州黎巴嫩附近可见的雷暴云底部。
右图：2016 年 6 月 15 日，印第安纳州黎巴嫩附近的 SWIR 雷暴云底，显示 SWIR 图像具有更高的动态范围和增强的云纹理细节。
3.10 穿透大气层的遮蔽剂
短波红外（SWIR）InGaAs相机能够穿透雨水、雾霾、烟雾和其他遮蔽物进行成像。左侧的可见光图像无法被探测到。然而，短波红外相机可以穿透大气遮蔽物，从而确定遮蔽物的原因。右侧的图像是在黄昏前拍摄的，拍摄高度约为地面以上150英尺（约45米）。图中所示距离约为1.5英里（约2.4公里）。
4. 结论
短波红外成像技术弥合了可见光和热红外传感之间的差距，即使在光照和环境条件复杂的情况下也能提供高分辨率、高对比度的成像。其多功能性使其在工业自动化、安防、环境监测和科学研究中不可或缺。
