導(dǎo)讀

短波紅外（SWIR）傳感器打開(kāi)了紅外光譜中的第三個(gè)也是最后一個(gè)大氣窗口。長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)波（LWIR）和中波（MWIR）傳感器長(zhǎng)期以來(lái)一直是紅外成像的主要產(chǎn)品。與LWIR和MWIR不同，SWIR利用物體的反射的光線對(duì)物體進(jìn)行成像，與可見(jiàn)光非常相似，從而賦予了紅外全新的感知能力。在軍事領(lǐng)域，以往的偵察需求更側(cè)重于戰(zhàn)略性，而如今要求具有高度的戰(zhàn)術(shù)性、高水平的持久性，并且在許多情況下，需要識(shí)別感興趣領(lǐng)域中的目標(biāo)的能力。短波紅外（SWIR）技術(shù)的卓越功能使其成為地面、機(jī)載和空間應(yīng)用領(lǐng)域的“下一代”成像技術(shù)。

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獨(dú)特性能

低光/夜視成像

SWIR相機(jī)可以在星光條件下工作，從大氣夜光中獲得足夠的照明。夜光是由光譜短波紅外部分的羥基離子發(fā)射產(chǎn)生的。

目標(biāo)設(shè)別

SWIR相機(jī)和傳感器則能看到可見(jiàn)光范圍之外較短波長(zhǎng)的反射光，這些圖像非常接近可見(jiàn)光譜中所成像的景物。在SWIR波段，人員很容易識(shí)別，典型的區(qū)別是由于頭發(fā)中缺乏水分，所有頭發(fā)都顯示為白色，而水分含量高的皮膚顏色呈現(xiàn)暗色。SWIR、可見(jiàn)光與LWIR、MWIR集成使用，LWIR和MWIR傳感器進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，而SWIR和可見(jiàn)光傳感器提升目標(biāo)識(shí)別的能力。

人眼安全激光照明

工作在SWIR波段的激光對(duì)人眼相對(duì)安全，這意味著這些波長(zhǎng)的光不會(huì)輕易穿透人眼的角膜。常見(jiàn)的1550nm波長(zhǎng)的激光照明可用于安全地照亮人員和目標(biāo)。

隱蔽照明

人眼安全的1550nm激光是人眼不可見(jiàn)的，但很容易被SWIR相機(jī)或傳感器感知。SWIR照明對(duì)人眼來(lái)說(shuō)是完全不可見(jiàn)的，但對(duì)SWIR相機(jī)來(lái)說(shuō)卻是明亮和清晰的。同樣，激光束可照亮單個(gè)感興趣的目標(biāo)，以便于探測(cè)或跟蹤，這對(duì)特定目標(biāo)以進(jìn)行測(cè)距以及其他特定應(yīng)用非常有用。

短波紅外

SWIR波段中的光是人眼不可見(jiàn)的。可見(jiàn)光譜范圍從0.4μm到0.7μm的波長(zhǎng)，長(zhǎng)于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的SWIR波段只能由專用傳感器（如InGaAs）感知。但是，盡管短波紅外區(qū)域中的光是肉眼不可見(jiàn)的，但這種光以與可見(jiàn)光波長(zhǎng)類似的方式與物體相互作用，即SWIR是反射光；它從物體上反射，就像可見(jiàn)光一樣。由于其反射性，SWIR在其圖像中具有陰影和對(duì)比度，其圖像在分辨率和細(xì)節(jié)上與可見(jiàn)光圖像相當(dāng)，SWIR圖像不是彩色的。

熱像儀是具有良好探測(cè)能力的光電傳感器，SWIR是紅外成像的有益補(bǔ)充，就像紅外成像是雷達(dá)的有益補(bǔ)充一樣。熱成像利用有效輻射能量差（或溫差）探測(cè)感興趣目標(biāo)，但SWIR相機(jī)更容易識(shí)別該物體是什么，這是因?yàn)闊嵯駜x無(wú)法提供SWIR焦平面陣列所能提供的成像分辨率和動(dòng)態(tài)范圍，如，在軍事領(lǐng)域，確定車輛是民用卡車還是軍用坦克。

CMOS和CCD成像器是不斷發(fā)展以滿足用戶需求的出色設(shè)備。但此類傳感器通常只是日光傳感器。另一方面，單個(gè)SWIR相機(jī)可用于晝夜成像，如，在無(wú)人機(jī)（UAV）應(yīng)用領(lǐng)域中，SWIR相機(jī)可以在典型的晝/夜任務(wù)整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)有效工作。

SWIR成像的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是能夠透過(guò)玻璃成像，這是LWIR/MWIR無(wú)法比擬的。這意味著，SWIR相機(jī)可以使用傳統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)高效的可見(jiàn)光相機(jī)鏡頭，當(dāng)然，苛刻條件下的應(yīng)用需要專為SWIR波段設(shè)計(jì)的鏡頭。對(duì)于SWIR相機(jī)，特殊的昂貴鏡頭或環(huán)境硬化外殼大多是不必要的，這使得它們可用于各種應(yīng)用和行業(yè)。此特點(diǎn)還允許將短波紅外攝像機(jī)安裝在保護(hù)窗內(nèi)，其在光電平臺(tái)應(yīng)用時(shí)提供更好的靈活性。

InGaAS傳感器

SWIR部分提供了獨(dú)特的功能，通常與LWIR和MWIR成像相輔相成。SWIR成像使用反射光，這與可見(jiàn)光成像原理相同。由碲鎘汞（HgCdTe）或銻化銦（InSb）等材料制成的傳感器對(duì)SWIR波段的光線非常敏感。然而，為了將其信噪比水平，這些相機(jī)必須進(jìn)行制冷。隨著銦鎵砷（InGaAs）傳感器的開(kāi)發(fā)，SWIR（0.9μm～1.7μm）的傳感才真正實(shí)現(xiàn)。

InGaAs傳感器非常靈敏，從字面上可以計(jì)算單個(gè)光子。因此，當(dāng)構(gòu)建為具有數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小點(diǎn)傳感器或傳感器像素的焦平面陣列時(shí)，SWIR相機(jī)可在非常黑暗的條件下工作。夜視鏡得工作原理是感應(yīng)和放大反射的星光或其他環(huán)境光，即所謂的圖像增強(qiáng)管（I2CCD）。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于直接用于觀察夜視鏡效果不錯(cuò)，但無(wú)法將圖像發(fā)送到遠(yuǎn)程情報(bào)中心時(shí)。SWIR傳感器都將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適用于標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)或傳輸。

在夜間使用SWIR還有另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。一種稱為夜空輻射的大氣現(xiàn)象發(fā)出的照明量是星光的5到7倍，幾乎都是SWIR波長(zhǎng)。因此，借助SWIR相機(jī)和這種夜光，我們可以在漆黑夜晚非常清晰地“看到”物體，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享這些圖像，其他成像設(shè)備很難做到這一點(diǎn)。

InGaAs相機(jī)體積小，功耗極低，成像效果很好，可使用1.55μm激光器或LED照明，可以隱蔽地照亮只有SWIR相機(jī)才能看到的場(chǎng)景。這種照明器對(duì)眼睛安全，因此對(duì)SWIR使用方式幾乎沒(méi)有限制。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇