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技术趋势
Technology Trends
Flux (W/sr*m 2 *μm)
100,000,000
10,000,000
1,000,000
100,000 Sun (5778K)
10,000 60W bulb (2823K)
1000 T = 773K (500C)
100 T = 473k (200C)
T = 300k (27C)
10
1
0.1
0.01
0.001
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
Wavelength (μm)
图4:本文作者处在黑暗的房间里,用烙铁提供0.9~1.7μm的SWIR光。烙
图3:不同温度下物体的黑体辐射与波长的关系。随着温度的升高,光辐射变强, 铁的温度低于300℃。SWIR光照射下的头发和皮肤,都与可见光照射下
波长峰值辐射移向更短的波长。 的情况不同。
体取决于物体的温度。例如,图 4 是 给定的波长处产生的整体发光量较 围较窄的光,通常在特定波长周围
在 SWIR 波段发光的烙铁。当温度大 少。更重要的是,灯泡在红光波段 ±50nm(许多高端 LED 为±15nm)
约为 250℃时,烙铁发出的光足以照 比在蓝光和绿光波段,产生更多的 的范围内。
亮位于黑暗房间里的人,实际上它相 光子。这就是为什么物体在室内会 在可见光区域,已经有许多类型
当于 SWIR 波段的一个灯泡。 比在太阳光照亮时显得更红,因为 的 LED 能为场景需求提供正确的颜
实现 SWIR 热成像的温度范围 在太阳和灯泡发射的光谱中,红光 色照明。用于机器视觉的光源,通常
通常为 100~2000℃,具体取决于实 光子与蓝光或绿光光子的比例是非 要指定颜色或色温(如 6000K 的红光、
际应用。低于 300℃或在充裕的日光 常不同的。这就是为什么物体在室 绿光、蓝光或白光等)。
下,MWIR 或 LWIR 热相机可以轻 内看起来与室外不同的原因,因为
松地探测到热物体 ;在室内或是物 灯泡的发射光谱与太阳不同,所以 6000K白光
体非常热的情况下,SWIR 热相机的 物体反射的光量也不同。 勒克斯或照度用来表征光的亮
表现更出色。 白炽灯泡(如功率 60W 的产品) 度,或者说是一个白光可见光源发出
在可见光波段,需要外部光源照 可能将不再使用,大多数现代机器 多少光子。对于单色或多色 LED 光
2
射物体,才能使物体足够热以发射出 视觉照明将由发光二极管(LED)提 源,光用单位 mW/cm 来表征,勒
可见光相机探测所需要的光子数量。 供。LED 是半导体器件,能够发射 克斯是白光的度量单位。通过组合
在成像期间,外部光源发射的光子, 特定波长的光,或者说其发射光谱范 多种 LED 颜色,可以模拟白光或各
或被物体反射,或被物体吸收。 Relative radiant power
使用不同颜色的外部光源照射物 100
体,物体显示为亮或暗,亮暗程度取 2600 K – 3700 K CCT
80
决于物体对照明光的反射量。在灯泡
3700 K – 5000 K CCT
中,灯丝被加热到约 2800K 的高温, 60
5000 K – 8300 K CCT
并在可见光范围内发射许多光子,从
40
而可以使人们看到房间内的物体。图
20
3 中分别显示了太阳和灯泡的黑体辐
射曲线以及发光量。 0
380 430 480 530 580 630 680 730 780
虽然灯泡具有与太阳类似的发光 Wavelength (nm)
曲线,但是其温度较低,因此在任何 图5:各种Metaphase LED白光源的波长输出。LED试图通过改变峰值波长来在这些温度下模拟黑体。
12 Mar/Apr 2018 视觉系统设计 Vision Systems Design China