短波红外相机的典型用途、应用领域以及物理解释的总结

 

 

1  高温测量

SWIR相机主要用于300℃以上的高温测量，如金属/钢铁行业、金属焊接、制造以及炉壁和晶片的研究中。图一显示了液态金属工业中在1500°C以上运行的两种典型应用。该相机在高达1800°C的温度下进行了辐射校准，在1000°C下的噪声等效温差小于2 K。

(a) 它给出了指定感兴趣区域（ROI）内最热点的温度。(b) 显示图像内的最高温度。

 

图一  SWIR相机记录的液态金属(a，b)

 

2  塑料分类和塑料容器液位检测

塑料在红外波段具有选择性的吸收或者发射，特别是短波红外波段。如果进行光谱的测量，会看到尖锐的特征峰，这些特征峰对应于塑料中聚合物分子结构。这一特性导致了红外相机在回收设施中对塑料进行分类的工业应用。不同的短波红外光谱也被用于纤维素基材料的材料分类，如纸张、纸浆和纸板。

图二  不透明的深绿色塑料瓶，(a)(b)空瓶，(c,d,e)部分装满水，(a)(c)可见光拍摄，(b,d,e)短波红外相机，可以很容易地检测到水位

 

3  艺术检测

图三  黑色文字被彩色涂抹标记(a)可见光拍摄、(b)近红外相机拍摄、(c)短波红外相机拍摄

图四  (a,b)可见光拍摄，(c,d)SWIR拍摄

 

如果字被两张纸覆盖（厚度约为200μm，80 g/m²），则在可见图像中不再清晰可见，对于SWIR图像，两张纸被移位以更好地显示效果，文本仍然清晰可辨。

 

原理：可见光携带的初始方向信息（产生图像对比度）经过传播和散射后会大量丢失（图四b）。然而，纸张中辐射的散射效率与波长有关，较长的近红外波长散射较少，前向散射占主导地位。因此一些文本仍然可以阅读（图四d），特别是如果应用了一些图像处理对比度增强技术（包括在软件中或记录后使用的补充程序中）。

 

图五  (a)可见光在纸张中经历多次散射，各个方向的信息丢失  (b)近红外辐射主要沿正向散射

 

4  含水量研究

近红外相机可用于可视化附近物体中隐藏的水分，如木材、建筑物墙壁内的水分，它们很好地补充了长波红外建筑热成像相机的信息。

图六显示了带有一些照明和电气保护开关的素混凝土墙的示例。墙上涂着白色油漆。用一条薄薄的湿纸巾卷在笔上，在墙上写下了一些非常薄的水膜。

图六  (a)在常规VIS图像中不可见，(b)NIR相机读取，(c)进一步的对比度和图像增强有助于过滤相关信息，这里是湿壁和干壁，场景大约有1米宽

 

5  植被研究

图七显示了包含房屋、天空、云和绿叶树木的城市场景的传统可见光照片和近红外照片。最明显的区别确实是植被更亮，晴空更暗，天空和云层之间的对比度更高。

图七  城市场景 (a)可见光(0.4-0.7μm)、(b)近红外(0.8-1.1μm)

 

叶片中强烈的近红外后向散射也可以通过记录绿色植被的阳光反射光谱进行实验验证。图八显示了绿叶反射光谱的一些示例。从波长等于700nm开始，反射率开始陡峭的上升，变得接近60%。其中，近红外波段反射率高的很有趣的生物解释是，植物不会因为入射的太阳辐射而过热，这对植物在炎热气候下生存很重要。而且，近红外波段的高反射率，与叶子的视觉颜色差异不大。

 

图八  (a)光穿过叶子的光路：进入叶子表皮后，光可能会在较深区域的细胞壁上多次散射，如两条示例性光线所示  (b)两片绿叶和一片红叶的反射光谱。绿叶的最小厚度约为100μm，红叶的最小厚度为200μm

 

 

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