短波紅外的定義
從1.5µm到14µm包括了三個「大氣窗口」,分別定義為:短波(SWIR): 1.5 µm – 2.5 µm, 中波(MWIR): 2 µm - 5 µm和長波(LWIR): 7.5 µm - 14 µm。
不同波段的效果圖對比
夜視效果
夜視水面效果
白天水面效果
白天觀察煙筒
半導體矽片透視
夜晚穿透玻璃
穿透煙塵
短波紅外的價值特點
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。
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:
短波紅外成像技術特點
基於InGaAs焦平面的短波紅外成像技術主要具有以下特點。
●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
1)高識別度:短波紅外SWIR成像主要基於目標反射光成像原理,其成像與可見光灰度圖像特徵相似,成像對比度高,目標細節表達清晰,在目標識別方面,SWIR成像是熱成像技術的重要補充;
2)全天候適應:短波紅外SWIR成像受大氣散射作用小,透霧、靄、煙塵能力較強,有效探測距離遠,對氣候條件和戰場環境的適應性明顯優於可見光成像;
3)微光夜視:在大氣輝光的夜視條件下,光子輻照度主要分布在1.0~1.8μm的SWIR波段範圍內,這使得SWIR夜視成像相比於可見光夜視成像而言具有顯著的先天優勢;
4)透霧穿過霧、煙和霾:
SWIR相機的成像波段為0.9~1.7微米。不像長波紅外熱成像相機,SWIR相機不能在完全黑暗的環境下成像。SWIR的特別之處在於可在較深的陰影中提取圖像細節,並能穿透窗戶。
大氣光學中被稱為夜空照明是星空發光強度的五到七倍,幾乎全部落到了SWIR波段。一個SWIR相機和這種夜光照明下可在沒有月亮的夜晚十分清晰地看到物體,並能夠通過網絡分享這些圖片。
SWIR相機還可幫助作戰人員有效穿過霧、煙和霾。
5)隱秘主動成像:在0.9~1.7μm波段內,軍用雷射光源技術成熟(1.06μm、1.55μm),這使得短波紅外InGaAs焦平面成像在隱秘主動成像應用中具有顯著的對比優勢;
6)光學配置簡便:從光學上,玻璃光窗在SWIR波段範圍內具有很高的透過率,這賦予SWIR成像一個重要的技術優點,這允許SWIR相機可裝配於一個保護窗口內實現高靈敏成像,當應用於某種特定平臺或場合時,這將提供極大的靈活性。
目前,國外對InGaAs焦平面探測器技術的研究已有20餘年,技術成熟度高,軍民兩用推廣快,應用成效顯著。國內研究起步較晚、發展重視不足,與國外先進水平相比,國內技術現狀至少落後十年。
作為重要的軍民兩用技術,短波紅外InGaAs焦平面陣列探測器的軍轉民技術推廣有其必要性。該技術可廣泛應用於場地監控、早期火情預警、森林防火、駕駛視覺增強、防偽安檢、光伏晶片檢測、矽基半導體材料與工藝檢測、雷射光學檢測、工業測溫、化工檢測、溼氣監測等諸多領域,對國民經濟建設發展與工業轉型升級有重要意義。
最後展示紅外短波紅外效果圖片