InGaAs SWIR相机的机遇

光子学媒体文章SWIR相机。

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在过去的几年中,一个全新的电磁频谱波段被开发出来,短波红外(SWIR)。该波段传统上对所有探测器都是不可见的,范围从近红外区域的900 nm到1700 nm。

现在,为了广泛的应用,砷化铟镓(InGaAs)传感器能够在这个波段内成像。例如,水果的擦伤可以通过对水的地下积累进行成像来检测,受激光电发射硅器件可以在制造过程中对其内部结构进行在线检测。

由于SWIR波段的薄雾,监视应用能够受益于减少的大气散射,并可以受益于晴空的SWIR波段的“夜辉光”。大多数探测器都不可见,SWIR波段激光照明器与SWIR相机配合使用时,可以提供高质量的夜视。

因此,我们有可能以多种方式利用这一新的电磁频谱。光谱学是第一个明显的用途。普通的CCD彩色相机的灵敏度可达700nm左右,红外滤光片将近红外镜头切断,否则会破坏场景的色彩平衡,使人眼看起来自然。

没有红外切割滤光片,单色CCD的视场最高可达1000纳米。另一方面,InGaAs SWIR传感器的灵敏度从900 nm到1700 nm不等,是用于高光谱成像的多传感器系统的理想组件。

现在,相机的可见扩展范围可达400纳米,波段可达2200纳米,使得单台相机可以实现极宽的光谱海绵。

化学泄漏和染色的远程探测和识别是最近的光谱应用。欧洲杯足球竞彩材料在SWIR光谱中以不熟悉的方式反射、吸收,甚至发出荧光。

对这些影响进行表征可以使以前必须采集物理样品进行化学分析的材料进行非接触识别。欧洲杯足球竞彩

例如,最近欧盟资助的Opticlean项目支持制药行业,在SWIR光谱的120个波段的宽带照明下,利用滤光片和干涉仪来分离单个波长的贡献,测量化学染色的光谱特征。

染色的性质和程度可以通过与预先表征的样品比较来确定。

在3到5微米和8到12微米波段工作的传统热感摄像机以探测体温的能力而闻名。短波红外成像相机也能检测温度变化,但在更高的温度(约100°C或以上)。

这使得它们成为工业条件下远程测温的理想选择,比如英国核聚变研究中心JET托卡马克。在这种应用中,SWIR摄像机通过监测外围环形结构的微妙部分的温度变化,提供了一个安全系统,以检查等离子体的适当限制。

SWIR摄像机也被监控行业所使用。阳光在大气中的瑞利散射,造成了红色的日落和蓝色的天空,并导致蓝色雾霾覆盖远处的场景,强烈依赖于光的波长。红色分散的最少,蓝色分散的最多。

长波长的SWIR被大气散射得更少,甚至更深入到红色区域,因此它们有能力穿透薄雾、朦胧或烟雾的环境,这在远程监视系统中至关重要。

此外,与传统可见光波段彩色相机相比,SWIR波长受热霾和大气湍流影响较小。虽然传统的热感摄像机很擅长检测身体的热量,但它们在提供识别细节方面非常差。例如,面部特征不能辨认,也不能在符号上写字。

另一方面,SWIR图像看起来与可见光谱中收集的图像相似。这使得SWIR相机成为一个强大的监视工具。在夜晚,SWIR成像开始发挥作用,一种被称为夜辉的现象导致在SWIR光谱中,晴朗的夜空非常明亮。

因此,合理的夜视是可能的与SWIR相机。这可以通过近红外照明来增强,如果超过1000纳米,所有传统的CCD和热成像仪都看不到近红外照明,因此可以形成简单的高质量隐蔽成像系统。

通过GigE和Genicam的视频传输在这里至关重要,因为它们极大地简化了摄像头集成,并在网络监控系统中提供可靠的高帧率图像传输。

短波红外成像成像也被用来检查绘画的地下结构:较长的波长穿透表层,可以显示被后来的覆盖的原始细节。这有助于修复和确认艺术品的真伪。

在这里,成像系统的关键要求之一是高内动态范围,从而使表面亮点的低强度部分和地下艺术品可以同时成像。

一个18世纪的俄罗斯图标的图像显示了一个很好的例子:注意SWIR图像是如何显示手下的外骨骼的。

InGaAs SWIR相机的新机遇

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