紅外處于人眼可觀察范圍以外，為我們了解未知領(lǐng)域提供了新的途徑。紅外又可以根據(jù)波段范圍，分為短波紅外、中波紅外與長波紅外。較短的SWIR波長——大約900nm-1700nm——與可見光范圍內(nèi)的光子表現(xiàn)相似。雖然在SWIR中目標的光譜含量不同，但所產(chǎn)生的圖像在其特征上仍然更加直觀，而不像中紅外和低紅外波段的低分辨率熱行為，這一優(yōu)勢更符合許多工業(yè)機器視覺應(yīng)用的需求。

與MWIR和LWIR相比，SWIR波長更短，可以獲得更高的分辨率和更強的對比度，這兩者都是檢查和分選的重要標準。此外，雖然在SWIR運行的相機與可見光相機使用類似的光捕獲技術(shù)，但它們收集的圖像看起來與硅傳感器捕獲的圖像非常不同——即使是在成像同一物體時。

通過SWIR相機，我們可以獲取可見光范圍內(nèi)看不到的信息，使其在機器視覺中的應(yīng)用越來越多，因為它提供了獨特的檢測、分類和質(zhì)量控制功能，以及監(jiān)控和遙感等環(huán)境光應(yīng)用。

InGaAs傳感器是目前比較成熟的SWIR相機技術(shù)，具有靈敏度高、可室溫操作等優(yōu)點，然而其較高的成本導(dǎo)致其民用領(lǐng)域應(yīng)用受限等問題，亟需創(chuàng)新的短波紅外探測器工藝將這一應(yīng)用門檻降下來。

友思特 Beyonsense 短波紅外相機采用了新興的鍺基傳感器，使用選擇性外延生長和犧牲填充層形成鍺島并通過鍺的熱氧化來降低表面粗糙度的方法，進一步降低了短波紅外探測器的制造成本。這款相機實現(xiàn)了28mm超薄的小巧尺寸，可以通過藍牙連接到手機和電腦上進行操作。

目前，BeyonSense 相機為128×128像素，適合的成像場景相對有限，以下將展示其實測效果，供大家參考。

一、光源成像

Beyonsense 1相機能夠?qū)Χ喾N光源做探測，包括LED燈、鹵素?zé)?、紅外激光等，可用于實驗室紅外光源的光斑形態(tài)、光路情況等場景的觀察探測。

1. LED臺燈光源成像

不同成像設(shè)置下的LED光源 下圖可看到燈絲形態(tài)

2. 白熾燈光源

白熾燈燈絲

白熾燈帶鐵網(wǎng)

3. 鹵鎢燈光源

友思特MT光源為鹵鎢燈，光譜范圍350-2500nm，功率2-3W。當給光源加上準直鏡后（如右圖所示），校準后的光斑對比度較好。

4. 紅外光源

友思特鹵鎢光源通過波長選擇器僅輸出紅外波段的光905nm，以及880nm，BeyonSense 1相機對紅外光光斑成像。目前已有研究院的客戶將 BeyonSense 1 相機用于紅外激光光斑的觀測。

二、室外場景成像

SWIR相機在室外成像主要借助于目標物體對太陽光、月光、星光、大氣輝光等光線的“夜天輻射”中的短波紅外輻射的反射作用。因此，需要借助自然環(huán)境下的光線。由于Beyonsense對紅外光的靈敏度與分辨率的差距，夜視較難實現(xiàn)。

在白日，需要在陽光較為充足的情況下，且被測物有較為明顯的光反射差別下，可以獲取到較好的成像效果。

以上對陽光照射下的大樓做成像，大樓的玻璃幕墻和白色外墻存在明顯的反射光差別，在相機上能顯示出大樓這兩個部分的輪廓。

三、室內(nèi)場景成像

基于SWIR成像原理，室內(nèi)成像則需要搭配高功率的含有短波紅外范圍的光源作為照明，才可以探測到樣品。光源可以選擇白熾燈/鹵素?zé)?紅外光源。此外，為了獲取均勻的背景光環(huán)境，建議采用白色反射背景布/板。

1. 穿透晶圓的燈絲成像

本成像應(yīng)用采用了300W白熾燈臺燈，以及白色漫反射織物。

實測結(jié)果：

帶有散熱網(wǎng)的白熾燈

白熾燈帶鐵網(wǎng)

放置硅片后，通過相機仍然能夠看到燈絲。說明白熾燈的短波紅外光穿透了硅片，使相機可以透過硅片觀察到燈絲狀態(tài)。

2. 油畫涂料下的logo

3. 穿透晶圓查看到背面的圖標

大多數(shù)光源不適合均勻覆蓋大面積，需要在光源前放置了白色擴散織物來克服這一挑戰(zhàn)，獲得相對均勻的背景光，這適合拍攝較大場景的圖片。如圖為400W鹵素?zé)艄庠磁c織物，光源放置在織物的背后。

4. 區(qū)分水和丙酮

400W鹵素?zé)艄庠磁c織物，光源放置在織物的背后。

總結(jié)

友思特Beyonsense 1 短波紅外相機采用鍺基材料作為探測器，128×128像素，探測范圍400-1600nm，優(yōu)勢在于藍牙連接、便攜迷你、成本較低，可實現(xiàn)基本的紅外探測與成像應(yīng)用。現(xiàn)有型號的配置并不適合大分辨率要求以及動態(tài)成像的工業(yè)場景，更適用于科研領(lǐng)域與企業(yè)實驗室。

未來鍺基短波紅外相機將會在靈敏度與像素上做更多提升，敬請期待！

審核編輯 黃宇