Классификация камер инфракрасного диапазона

Инфракрасное излучение — излучение с длиной волны больше 750~800 нанометров, верхняя граница видимого диапазона длин волн. В повседневной жизни мы часто встречаемся с электромагнитным световым излучением в различных формах, например: видимый световой спектр, ультрафиолетовый спектр, радиоволны и рентгеновское излучение, которые различаются друг от друга только длиной волны.

Для того, чтобы «видеть» в инфракрасном свете, используются инфракрасные камеры. Их способность обнаруживать излучаемый тепловым излучением инфракрасный свет (тепло) делает их хорошим инструментом для ночного видения, обнаружения повышения температуры и многих других задач.

Для областей инфракрасного спектра используется следующая классификация:

  • ближняя инфракрасная область спектра или NIR диапазон;
  • коротковолновая инфракрасная область спектра или SWIR диапазон;
  • средневолновая инфракрасная область спектра или MWIR диапазон;
  • длинноволновая инфракрасная область спектра или LWIR диапазон.

У каждого диапазона есть свое применение и свой тип камер для съемки в нем.

Инфракрасное излучение также называется тепловым излучением, так как тепловое излучение от нагретых тел находится в большей степени в инфракрасной области. В отличие от видимого спектра инфракрасное излучение позволяет получить информацию не только о поверхностном слое, но и о внутренней структуре объекта, так как чем длиннее волна-тем глубже она проникает. Это позволяет выбрать то, что будет исследоваться, поверхность или внутренняя часть.


NIR диапазон (Near infrared)

Для съемки в ближнем ИК диапазоне используют камеры с NIR сенсорами (улучшенные кремниевые сенсоры), которые позволяют увидеть изображение на длине волны от 650 до 1400 нм. В этом диапазоне на камере видно отражение инфракрасного цвета от поверхности. Нанесенная светлая цветная краска уже не влияет на получаемое изображение — таким образом красные, синие и зеленые предметы будут «белыми» на изображении, а поглощающие ИК цвета (черный и темные оттенки) — остаются черными на снимке.

В ближнем ИК (NIR) можно вести наблюдение за следующими объектами:

  • дорожную инфраструктуру для автопилота (автоведение поезда, автомобиля и т.д.) без видимых вспышек для человека;
  • контроль объектов на конвейере (подсчет птенцов без пугающих вспышек света, работа системы вблизи людей);
  • инспекция нагретых материалов (литейные ковши, трубопрокат, контроль на прогар, нагревательные элементы);
  • инспекция не прозрачных жидкостей (многие из темных и цветных жидкостей становятся прозрачными в ИК, что позволяет своевременно обнаруживать посторонние предметы и включения);
  • контроль печати маркировки, срока годности и штрих-кода;
  • лазерная триангуляция. Многие системы лазерной 3D инспекции используют ИК лазеры большой мощности в паре с камерой, оснащенной ИК-пропускающим фильтром;
  • контроль за здоровьем растений (здоровые листья значительно лучше отражают NIR диапазон).

SWIR диапазон (Short-wave infrared)

Коротковолновой SWIR диапазон охватывает спектр с длиной волны от 1.4 до 3 мкм. В отличие от излучения среднего и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением.

Кремниевые сенсоры не подходят для SWIR диапазона, для наблюдения за объектами в коротковолновом ИК диапазоне в камерах используют InGaAs сенсоры. Для достижения наилучших результатов работы в этом диапазоне важно использовать оптику, имеющую специальное просветляющее покрытие и предназначенную для съемки в SWIR диапазоне. Использование объективов, предназначенных для волн видимого спектра, приводит к получению снимков низкого разрешения с более высокой оптической аберрацией.

Область применения SWIR камер многообразна:

  • с помощью SWIR реализуют фотосепарацию на гниль для овощей и фруктов. Волны SWIR диапазона проникают через кожуру и отражаются непосредственно мякотью, в месте гнили на снимке камеры будет отлично видно скопление жидкости в виде потемнения;
  • контролируют обледенение;
  • способны видеть сквозь туман и дым, тонировку и жидкости. SWIR часто применяют для навигации в порту, при спасательных работах;
  • контроль нагретых объектов (термоскопия от 200 градусов);
  • ночное виденье без подсветки за счет излучения звезд (при ясном небе);
  • проверка подлинности картин (в SWIR диапазоне масляная краска становится прозрачной, таким образом на снимке видны карандашные штрихи художника);
  • проверка солнечных панелей.


MWIR диапазон (Mid-wave infrared)

MWIR — средневолновый диапазон охватывает излучение с длинами волн от 3 мкм до 8 мкм. Данный диапазон широко используется в тепловизорах. Оптимальной детектируемой температурой для данного диапазона является несколько сотен градусов, но регистрация объектов возможна от 0 градусов. Камеры средневолнового диапазона идеально подходят для наблюдения на большом расстоянии, обеспечивая детальное изображение днем ​​и ночью даже в сложных условиях, таких как туман, дождь или дым.

Наиболее подходящими применениями для инфракрасных камер MWIR диапазона являются:

  • баллистика;
  • химическая идентификация;
  • обнаружение, идентификация и распознавание техники по тепловому излучению самого объекта или следу от него;
  • анализ горения (в т.ч. инфракрасная спектроскопия);
  • 3Д печать и др.

LWIR диапазон (Long-wave infrared)

Длинноволновой спектральный диапазон (LWIR) изменяется в районе от 8 мкм до 15 мкм, сенсоры в данном спектральном диапазоне детектируют излучение исходящее от тел с температурой близкой к нулю градусов Цельсия, а наиболее чувствительные камеры способны регистрировать излучение от объектов с температурой до -40 градусов. В LWIR диапазоне можно наблюдать излучения от нагретых окружающих вещей. В данном диапазоне работают охлаждаемые тепловизоры.

Инфракрасные камеры LWIR диапазона применяются в:

  • экспериментальной механике;
  • неразрушающем контроле;
  • беcконтактном определении температуры человека;
  • минеральной идентификации и др.

В заключении статьи можно сказать, что камеры инфракрасного диапазона набирают всю большую популярность на рынке систем видеонаблюдения и машинного зрения, так как позволяют решить множество задач, которые невозможно инспектировать в видимом спектре.