短波红外光谱长啥样？

短波红外波段指波长在 1400-2500 纳米之间的波段，肉眼无法识别这些光谱。矿物质、人造物质及其他一些地物具有特殊的成分，而短波红外能够“看见”这种特有成分，但肉眼和可见光近红外光波却“看不见”。

可见光近红外光谱和短波红外光谱图

可见光、近红外、短波、中波、长波波长

短波红外成像有一个其他技术无可比拟的主要优点，即它能够透过玻璃进行成像。对于短波红外相机来说，特制的价格昂贵的透镜或者适应恶劣环境的外壳几乎是不必要的。这就使得它们可以用于各种各样的应用和产业。这种能力还允许短波红外相机安装在一个保护窗口内，当将相机系统固定在一种潜在平台上时，这将可以提供很大的灵活性。

在光谱中，900~2500nm波段之间的光谱范围被叫做短波红外波段。然而，由于大多数人眼的细胞只对400~750nm波长区域的光敏感，所以超过这个波段或者短于这个波段的光，人眼都无法看到。由下图让大家看到红外波段下不一样的景观。

 图1                

 图2

在图1中的可见光环境下，水、丙酮、三氯乙烯、异丙醇均为无色透明液体，很难分清谁是谁。但是在图2的短波红外波段下，各自便现了真身。

短波红外波段下显示出苹果的瘀伤和缺陷

目前可见光相机在硅基芯片的帮助下，可以覆盖到400~900nm波段的光谱范围，有的甚至可以覆盖900~1000nm的近红外波段（NIR），但是高于1000nm波段的红外光谱，依旧需要使用其他的芯片材料比如铟镓砷（InGaAs），碲镉汞（MCT）或者锑化铟（IA）来制作相机芯片。

因为短波红外具有以下一些优点：

●高灵敏度

●高分辨率

●能在夜空辉光下观测

●昼夜成像

●隐蔽照明

●能看到隐蔽的激光器和信标

●无需低温制冷

●可采用常规的低成本可见光透镜

●尺寸小

●功率低

大千世界中的各种物质，由于原子结构不用，所以材料在短波红外波段的反射特性不同。因此使用InGaAs相机+SWIR镜头，可以非常轻松从400~1700nm波段中，对图像的不同材料进行分辨，而这样的过程相比可见光波段来说容易的太多。接下来我们从介绍短波红外在安防领域应用开始。

随着生物识别技术的不断发展，其在边境口岸，机场等出入点将发挥重要的作用，这意味着指纹和其他直接接触的手段将成为最终的个人标识符。然而，由于现在的指纹数据库有效性不仅受制于数据库的大小，也受制于获得有效指纹的成功率。因此，目前大多数的识别都是通过使用面部识别和照片匹配完成报关。

短波红外成像的一个独特之处就是在各种环境下的人脸成像依然清晰。比如可以在低光照环境成像。如下图中的图像，左边为低光照可见光图像，右边为同等条件下短波红外波段的图像，可以非常容易的看到人的样貌和周边环境。（如下图所示）     

短波红外成像的另一个优势是可以透视。如下图中的图像，左边为佩戴墨镜的可见光成像，右边为同等条件下短波红外成像，可以很清楚的透过眼镜看到样貌。

透过墨镜，左为红外光，右为可见光  

短波红外的成像原理与可见光十分相似，不同的是短波红外的波长可以“绕过”烟、雾、霾中的细小颗粒；相比中波红外、长波红外，短波红外拥有更好的细节分辨和解析能力，能够很好的识别出该目标是什么。这就使得短波红外在雾霾、烟雾浓重的情况下，仍可对物体清晰成像。

以下几张是在大雾天气的成像效果图

雾霭环境下：可见光（左）短波红外（右

雨雾环境下：可见光（左）短波红外（右

现代潜艇的光电桅杆需要多光谱的成像与检测。例如，可见光成像通常无法透过雾霾、尘、烟观察目标，然而短波红外却很容易实现。这种情况下，短波红外相机有着更好的成像效果。

短波红外与中长波红外的一项重要差异是，它利用反射光成像，而不是辐射热成像。中长波相机无法看到海上目标的重要特征，比如说舰船的名字、船的特征等，短波红外相机可以在此提供辅助。

短波红外利用反射光成像，由于波长比可见光更长，更容易透过霾、雾以及海上的高湿度环境，可以看到舰船的名字

有时候，某个场景的热成像对比度可能会过低。 例如，在日间，着陆带的温度（辐射率）可能是周围草坪温度的两倍。 而在海洋环境中，当各种物体在水中长时间浸泡之后，就具有和水一样的温度。

被动或主动的短波红外成像可在较短的波长范围内提升对比度，增强图像细节。

日出时海岸边可见光、长波红外、短波红外的成像效果对比：由于处在热交叉点上，海岸与海水的细节在热成像中都丢失了。短波红外是依据反射光成像而且具备透雾的特点，因此海岸线图像可以脱颖而出，并比可见光相机捕获到更多细节

远处的船在可见光中是看不到的：（左）可见光成像（右）短波红外相机成像

在任何监视、安全、安保工作中，清晰的可见度显得尤为重要。此时，拥有的“眼睛”越多，所看的也就越清楚。

关键基础设施的周边安全防御是一个典型的应用案例。有效的外物入侵检测系统采用多种技术以提高在多种大气和光照条件下的快速检测率，降低虚警率。对于常见雨、雾、霾等天气条件，可见光监控几乎是“盲视”。

左）雾天可见光成像 右）短波红外成像

森林大火产生的烟雾使能见度降低，对救援的开展不利，同时会造成重大经济损失。与长波红外森林火场图像中的大面积泛白热图不同，短波红外不仅可以穿透烟雾，更能准确的发现起火点，从而大大缩小着火点的搜寻范围

左）可见光成像（右）短波红外成像

伴随技术的进步，飞行员和船员业务素质的增强，飞行器安全发展到今天已经有了显著的提高，然后黑暗，雾、雨是安全飞行的主要敌人。在飞行器辅助着陆系统中集成基于短波红外传感系统，飞行员可以穿透黑暗和恶劣的天气条件得到飞行器周围环境的红外视图。

InGaAs短波红外相机在关键的900至1700微米的光谱范围内提供优异的透雾成像能力。相比现有的许多红外热成像系统，短波红外相机不需要复杂和昂贵的低温冷却系统，这大大提高了系统的可靠性和安装的灵活性。

短波红外与长波红外融合---飞行器辅助着陆系统

下期我们继续讲解短波红外工业领域方面的应用，敬请关注！