短波紅外的價值

短波紅外的價值

短波紅外範圍（0.9—1.7 um）敏感是由於InGaAs傳感器的發展才於最近成為現實的。但是為什麼要使用短波紅外呢？

 

首先，有一個基本事實：短波紅外波段的光對人眼來說是看不見的。可見光光譜從波長的0.4 微米（靠近紫外光，對人眼來說是藍色的）一直延伸到0.7微米（深紅色）。比可見光波長長的波長只能用專用的傳感器如InGaAs才能看得見。但是，雖然短波紅外區的光對人眼來說是看不見的，但是這種光能以與可見光波長類似的方式與物體互相作用。也就是說，短波紅外光是反射光；它從物體上的反射與可見光非常相似。由於具有這種反射性質，短波紅外光在其圖像上就會有陰影和反差。InGaAs相機的圖像在解析度和細節方面可以與可見光圖像相媲美；然而，短波紅外圖像的顏色不是實際顏色。這可以使物體變得容易被識別，同時又可以構成短波紅外的戰術優點之一，即物體或個體辨別。

這使InGaAs變得很有趣，但是是什麼使它變得有用的呢？InGaAs傳感器可以做得極其靈敏，它可以逐個地對個別光子進行計數。這樣，當被製成具有數千或數百萬個微小點狀傳感器或者傳感器像元時，短波紅外相機便可以在非常暗的條件下工作。夜視護目鏡已經使用了幾十年了，它是通過敏感被反射的可見星光或其他環境光並將其放大進行工作的，常被稱為圖像增強管。該技術對於直接觀察的夜視護目鏡很適用。但是當需要將一幅圖像傳送到遠處時，還沒有可以不受可靠性和靈敏度限制的實用方法。由於可將光轉換成電信號，它們本身就適用於標準存儲或發送技術。

在夜裡使用短波紅外還有一個大的優點。被稱為夜間天空輻亮度的大氣現象所發出的光照度比星光強5至7倍，這種光照幾乎都處在短波紅外波長區。所以，有了短波紅外相機，再加上這種常常被稱為夜氣輝的夜間光照度，我們便能夠在無月光的夜間很清楚地「看到」目標，並通過網絡共享這種圖像，因為其他成像器件沒法做到這一點。

但是，有沒有可在短波紅外範圍工作的其他相機呢？有的，用碲鎘汞（HgCdTe）或者銻化銦（InSb）之類材料製作的傳感器在短波紅外波段是非常靈敏的。然而，為了將它們的信噪比提高到有用的水平，人們必須以機械方式將這些相機冷卻到極其低的溫度。在設計用於監視和偵察的大型軍用飛機上，冷卻並不是一個問題，因為這些平臺上有很大的空間和電力可以用來運行機械製冷系統。相比之下，InGaAs相機則可以在室溫下達到同樣的靈敏度。

本質上，InGaAs相機可以做得很小，使用極小的功率，卻可以給出大的結果。InGaAs最初是用在電信業的，因為它對遠程光線通信中所使用的光（波長通常為1550 納米）是靈敏的。通過使用類似1.55 微米雷射器或發光二極體的短波紅外照明器，人們已經有可能照射一個只有用短波紅外相機才能觀察到的場景了。這種照明對人眼是安全的，它們的使用幾乎不會受到限制。

熱成像儀是另一類具有良好探測能力的攝像機。儘管熱成像能夠在冷背景下探測到溫暖的物體，但是短波紅外相機則能夠實際辨認該物體是什麼。那是因為熱成像儀無法提供採用InGaAs短波紅外焦平面陣列所能實現的解析度和動態範圍。

最後，短波紅外成像有一個其他技術無可比擬的主要優點，即它能夠透過玻璃進行成像。對於短波紅外相機來說，特製的價格昂貴的透鏡或者適應惡劣環境的外殼幾乎是不必要的。這就使得它們可以用於各種各樣的應用和產業。這種能力還允許短波紅外相機安裝在一個保護窗口內，當將相機系統固定在一種潛在平臺上時，這將可以提供很大的靈活性。

所以，為何要使用短波紅外呢？因為短波紅外具有以下一些優點：

●高靈敏度

●高解析度

●能在夜空輝光下觀測

●晝夜成像

●隱蔽照明

●能看到隱蔽的雷射器和信標

●無需低溫製冷

●可採用常規的低成本可見光透鏡

●尺寸小

●功率低