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短波红外 (简称SWIR,通常指0.9~1.7μm波长的光线) 是一种比可见光波长更长的光。这些光不能通过“肉眼”看到,也不能用“普通相机”检测到。由于被检测物体的材料特性,一些在可见光下无法看到的特性,却能在近红外光下呈现出来,因此,可以通过短波红外相机对物体特征进行检测。
目前在短波红外相机广泛应用于军工国防、工业、航空航天、生物、医疗、户外监控、化妆品等众多领域,其中军工国防、生物医疗、半导体检测和食品检测是四大主要应用市场,分布占据30%、20%、20%和20%的市场份额。
短波红外成像技术优点
具体来说,短波红外成像还具有以下优点:
1)较高识别度
短波红外成像主要基于目标反射光成像原理,其成像与可见光灰度图像特征相似,成像对比度高,目标细节表达清楚,在目标识别方面,短波红外成像是热成像技术的补充。
2)全天候适应
短波红外成像受大气散射作用小,透雾、烟尘能力较强,有效探测距离远,对气候条件和战场环境的适应性优于可见光成像。
3)微光夜视
夜视条件下,光子辐照度主要分布在1.0~1.8μm的短波红外波段范围内,这使得短波红外夜视成像相比于可见光夜视成像而言具有优势。
4)隐秘主动成像
在0.9~1.7μm波段内,激光光源技术成熟(1.06μm、1.55μm),这使得短波红外成像在隐秘主动成像应用中具有对比优势。
5)光学配置简便
从光学上,玻璃光窗在短波红外波段范围内具有很高的透过率,这赋予短波红外成像一个重要的技术优点,这允许短波红外相机可装配于一个保护窗口内实现较高灵敏成像,当应用于某种特定平台或场合时,这将提供很大的灵活性。
佳洋光电(港宇)推出的几款主要短波产品:
基本上满足了市场上绝大部分应用,特别是针对于“国产替代”在性能指标上完全可以”平替“有些指标还优于国外同类产品。
相关行业应用:
一、短波红外在国防、科研的主要应用:
1)目标探测与识别
远距离探测:短波红外相机可利用大气窗口特性,在远距离上对目标进行有效探测,能发现数公里外的人员、车辆、舰艇等目标,且受天气影响相对较小,在雾霾、轻烟等环境中也有较好的探测效果。
2)伪装识别
许多伪装材料在短波红外波段具有与背景不同的反射特性,短波红外相机能够通过捕捉这些差异,识别出隐藏在丛林、沙漠等背景中的伪装目标。
3)精确制导
导弹制导:应用于导弹的制导系统中,短波红外相机可以在飞行过程中实时获取目标区域的图像信息,为导弹提供精确的目标定位和跟踪,提高导弹的命中精度。
炮弹制导:一些新型制导炮弹也采用短波红外相机,在飞行末段对目标进行精确探测和识别,实现对移动目标的准确打击。
提高成像质量:在军事侦察卫星或飞机搭载的短波红外成像系统中应用自适应光学技术,可克服大气干扰,即使在复杂气象条件下也能获得高分辨率的地面目标图像,有利于识别伪装目标和发现隐藏的军事设施。
精确目标定位:为精确制导武器提供更准确的目标信息,通过实时校正光学系统的像差,提高短波红外导引头对目标的跟踪精度,从而实现更精确的武器制导。
4)夜间侦察与监视
夜视能力:短波红外相机可感应夜间物体反射的星光、月光等微弱光线,以及物体自身的热辐射,能清晰地拍摄到夜间的场景,为部队在夜间执行侦察、巡逻、监视等任务提供有力支持。
隐蔽性好:由于短波红外光在夜间不易被肉眼察觉,使用短波红外相机进行侦察时具有较高的隐蔽性,不易被敌方发现。
5)航空航天侦察
航空侦察:安装在侦察机、无人机等航空平台上,可在不同高度对地面目标进行大面积侦察和监视,获取高分辨率的图像情报,为军事决策提供依据。
航天侦察:搭载在卫星上,对地球表面进行大范围的观测和监视,能够及时发现军事目标的动态变化,为战略决策提供重要支持。
6)边境巡逻与管控
边境监控:部署在边境地区,可对边境线进行实时监控,及时发现非法越境人员、车辆等目标,有效防止边境渗透和走私等违法犯罪行为。
态势感知:为边境巡逻部队提供全面的战场态势感知能力,使巡逻人员能够提前发现潜在威胁,做好应对准备,保障边境地区的安全稳定。
7)天文观测(自适应光学)
消除大气抖动影响:地球大气会使短波红外光线产生抖动和畸变,自适应光学系统通过实时监测和校正这些光线的波前误差,能让望远镜获得更清晰的天体图像,有助于观测暗弱天体和研究星系结构等。
高分辨率观测:能提高短波红外波段的空间分辨率,使天文学家可以分辨出更细微的天体结构,如恒星的表面特征、行星的大气细节等。
8)激光通信
补偿大气湍流:在短波红外激光通信中,自适应光学可实时补偿大气湍流引起的光束畸变和闪烁,确保通信光束准确指向接收端,提高通信的稳定性和可靠性,增加通信距离和数据传输速率。
优化光束质量:对发射端的激光束进行实时整形和优化,使其具有更好的光束质量,减少光束发散,提高激光在大气中的传输效率,有助于实现高速、长距离的短波红外激光通信。
二,短波红外在工业检测的应用:
1)半导体晶圆检测
晶圆是一种薄的半导体材料基材,用于制造电子集成电路。半导体材料种类多样,其中最常用的一种半导体材料是硅(Si)。
晶圆在生产过程中会产生各种缺陷,比如在各环节累积的残余应力会使得晶圆内部产生裂纹。如果未能在后续IC制造环节之前把这些缺陷检测出来,就会影响最终成品IC芯片的良率,推高制造成本。利用短波红外光能穿透硅片的特性,使用短波红外相机就能检测到硅片内部的缺陷,防止不良晶圆流入后续环节,大大降低制造成本。
短波红外波段对应分子键振动的合频和倍频,通过检测物品对不同波长的短波红外光的吸收情况,就能分析出物品的种类和缺陷等信息。因此,短波红外相机也被广泛用于谷物、茶叶、塑料等的分拣。
3)短波红外测温
对于几百度以上的高温目标,短波红外测温相对于目前常用的非制冷长波红外测温具有测温稳定、精度高、响应速度快等优势。使用短波线扫相机,对于传送带上快速移动的物体进行成像和测温,可以极大地消除拖尾效应的影响,得到画质清晰、测温准确的短波红外图像。
4)光伏板隐裂检测
在晶体硅太阳电池的生产过程中,会产生隐裂、划伤等缺陷,这些缺陷限制了电池的光电转换效率和使用寿命,然而这些缺陷大部分是难以通过肉眼或可见光成像等手段检测出来。利用硅太阳能电池具有的电致发光(EL)和光致发光(PL)特性,可以通过外加正向偏压或激光照射激发的方式,使太阳能电池片自身发出短波红外光。而缺陷区域的发出的光相对于正常区域会有明显的差别,通过短波红外相机对激发状态下的太阳能电池片进行检测,就能有效地检测出其内部缺陷。
5)透雾、透尘
短波红外用于细小水滴的雾气和扬尘的透射成像效果较好。
6)药品填充检测
利用液体对于短波波段的吸收特性,得到同常规CMOS不同的效果。
7)色选
短波红外对于特定材质有较好的分辨能力,因此在食品、化工等领域色选有非常重要的应用。
8)包装类透视
短波红外相机公众号及视频号接受预订,欢迎垂询。
结束语:我们一起学习,阅读其过程中更进一步,

