短波红外相机的原理及应用场景

短波红外 (简称SWIR，通常指0.9~1.7μm波长的光线) 是一种比可见光波长更长的光。这些光不能通过“肉眼”看到，也不能用“普通相机”检测到。由于被检测物体的材料特性，一些在可见光下无法看到的特性，却能在近红外光下呈现出来，因此，可以通过短波红外相机对物体特征进行检测。

短波红外成像有一个特点，即它能够透过玻璃进行成像，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。

目前在短波红外相机广泛应用于工业、航空航天、生物、医疗、户外监控、化妆品等众多领域，其中半导体检测和食品检测是两大主要应用市场，分布占据40%和30%的市场份额。

具体来说，短波红外成像还具有以下优点：

1)较高识别度

短波红外成像主要基于目标反射光成像原理，其成像与可见光灰度图像特征相似，成像对比度高，目标细节表达清楚，在目标识别方面，短波红外成像是热成像技术的补充。

2)全天候适应

短波红外成像受大气散射作用小，透雾、烟尘能力较强，有效探测距离远，对气候条件和战场环境的适应性优于可见光成像。

3)微光夜视

夜视条件下，光子辐照度主要分布在1.0～1.8μm的短波红外波段范围内，这使得短波红外夜视成像相比于可见光夜视成像而言具有优势。

4)隐秘主动成像

在0.9～1.7μm波段内，激光光源技术成熟(1.06μm、1.55μm)，这使得短波红外成像在隐秘主动成像应用中具有对比优势。

从光学上，玻璃光窗在短波红外波段范围内具有很高的透过率，这赋予短波红外成像一个重要的技术优点，这允许短波红外相机可装配于一个保护窗口内实现较高灵敏成像，当应用于某种特定平台或场合时，这将提供很大的灵活性。

1)半导体晶圆检测

晶圆是一种薄的半导体材料基材，用于制造电子集成电路。半导体材料种类多样，其中最常用的一种半导体材料是硅(Si)。

晶圆在生产过程中会产生各种缺陷，比如在各环节累积的残余应力会使得晶圆内部产生裂纹。如果未能在后续IC制造环节之前把这些缺陷检测出来，就会影响最终成品IC芯片的良率，推高制造成本。利用短波红外光能穿透硅片的特性，使用短波红外相机就能检测到硅片内部的缺陷，防止不良晶圆流入后续环节，大大降低制造成本。

2)物品分选

短波红外波段对应分子键振动的合频和倍频，通过检测物品对不同波长的短波红外光的吸收情况，就能分析出物品的种类和缺陷等信息。因此，短波红外相机也被广泛用于谷物、茶叶、塑料等的分拣。

3)短波红外测温

对于几百度以上的高温目标，短波红外测温相对于目前常用的非制冷长波红外测温具有测温稳定、精度高、响应速度快等优势。使用短波线扫相机，对于传送带上快速移动的物体进行成像和测温，可以极大地消除拖尾效应的影响，得到画质清晰、测温准确的短波红外图像。

4)光伏板隐裂检测

在晶体硅太阳电池的生产过程中，会产生隐裂、划伤等缺陷，这些缺陷限制了电池的光电转换效率和使用寿命，然而这些缺陷大部分是难以通过肉眼或可见光成像等手段检测出来。利用硅太阳能电池具有的电致发光（EL）和光致发光（PL）特性，可以通过外加正向偏压或激光照射激发的方式，使太阳能电池片自身发出短波红外光。而缺陷区域的发出的光相对于正常区域会有明显的差别，通过短波红外相机对激发状态下的太阳能电池片进行检测，就能有效地检测出其内部缺陷。