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技术趋势
Technology Trends

短波红外光源
短波红外成像增强机器视觉功能

文/Martin H. Ettenberg，James Gardiner，Mark Kolvites

大多数机器视觉和图像处理系统 相机可以在大约 400~1050nm 的波长
开发者，已经广泛使用工作在可见光 范围内成像，刚刚超出可见光波段
波段的相机用于质量控制、过程控制 进入近红外（NIR）波段，成像使用
或是那些需要区分物体的应用中。传 现成的照明光源，波长为 850nm 和
统的可见光成像使用宽带白光照明， 950nm。然而，用反射光实现超出该
其允许相机看到所有可见的颜色。为 波段的成像，则需要其他成像探测器
了更有效地观察某些颜色，开发者还 材料的相机，如砷化铟镓（InGaAs）、
可以选择特定波长的照明光，例如红 碲镉汞或锑化铟（Indium Antimonide）
光、蓝光或绿光。 相机。
对于这类可见光波段的应用，面 由于不同的原子结构在 SWIR
向机器视觉和图像处理应用的照明系 波段的反射特性有所不同，因此
统开发者，已经做了很多出色的工作， 非制冷 InGaAs 相机提供了一种在
因此目前市场上存在很多各种形式和 400~1700nm 波段成像的简单方法，
各种颜色的商用照明产品供用户选 可以轻松区分在可见光波段看起来相
择。然而，随着开发人员转向非可见 似的许多材料。
光波段的成像方法，照明随之成为了 图 2 显示了多个环氧树脂材料， 图1：在可见光环境下，四种液体水、丙酮、三氯
乙烯和异丙醇均显示为无色透明状（上图）；但在
一个更具挑战性的命题。 在可见光波段，它们看起来或透明、 SWIR波段成像时，这四种液体则显示为不同的颜
黑暗、明亮，或与基底颜色相似。然而， 色（下图）。
超越可见光波段的成像 在 SWIR 波段，它们看起来却彼此不 或者说，物体在所有波长光的照
短波红外（SWIR）波段（在此 同，特别是相对于基底的颜色。 射下都会发光，但是其发光量取决于
定义为 750~2600nm）就是一个非可 物体的温度。黑体被认为是一个理想
见光波段。很多在可见光照明下看起 波长是温度的函数 的辐射体。
来非常相似的材料，在 SWIR 光的照 成像可以通过反射来实现，这种
射下看起来会非常不同。图 1 中显示 情况下物体被外部光源照亮 ；或者如 SWIR热成像
了四种不同的液体——水、丙酮、三 果物体足够热，也可以通过测量物体 图 3 给出了不同温度的黑体的波
氯乙烯和异丙醇。在可见光照明下， 的发射光来实现成像。当物体被照亮 长与发射光之间的曲线图。由于所有
这四种液体都是无色透明的 ；但是在 时，物体将来自外部光源的光子反射 的物体都不是理想黑体，因此物体的
SWIR 宽带光照射下成像时，这四种 给相机。外部光源的照射角度、光源 发光量因辐射系数而不同，辐射系数
液体却显示出了不同的颜色。 的波长及其成分，将直接影响物体的 是波长的函数。
在可见光波段，今天的硅芯片 反射特性。 由于辐射系数是波长和物体的物

10 Mar/Apr 2018 视觉系统设计 Vision Systems Design China