Инфракрасное излучение
В повседневной жизни мы часто встречаемся с электромагнитным световым излучением в различных формах, например: видимый световой спектр, ультрафиолетовый спектр, радиоволны и рентгеновское излучение, которые отличаются друг от друга только длиной волны. Инфракрасное излучение как сектор электромагнитного спектра занимает положение между волнами видимого диапазона и радиоволнами.
Все физические тела постоянно излучают инфракрасные волны. При нагревании тела излучение становится более интенсивным и смещается в диапазон более коротких волн. (Чем больше температура тела, тем интенсивнее оно излучает более короткие волны инфракрасного диапазона). При умеренных температурах (выше 250 °С) интенсивность излучения достигает уровня, определяемого как тепловое излучение. При температурах выше 800 °C интенсивность излучения доходит до такого уровня, который достаточен для преодоления границы видимого диапазона в области красного излучения.
Инфракрасное излучение можно разделить на пять групп в зависимости от длины волны:
| Аббревиатура | Длина волны | Характеристика |
|---|---|---|
| Ближний инфракрасный диапазон (NIR) | 0.75-1.4 мкм | Ближний ИК, ограниченный видимым светом и прозрачностью воды, ухудшающейся при 1.45 мкм. В этом диапазоне работают инфракрасные светодиоды, лазеры для систем оптической связи, телевизионные камеры и приборы ночного видения на основе электронно-оптического преобразователя (ЭОП). |
| Коротковолновый инфракрасный диапазон (SWIR) | 1.4-3 мкм | В этом диапазоне достигаются более высокие уровни природных контрастов. Типичными сенсорами, используемыми при обычной съемке в SWIR-диапазоне, являются сенсоры на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), способные захватывать область от 550nm и вплоть до 2.5μm. |
| Средневолновый инфракрасный диапазон (MWIR) | 3-8 мкм | В этом диапазоне начинают излучать тела, нагретые до нескольких сотен градусов Цельсия. В этом диапазоне чувствительны тепловые головки самонаведения систем ПВО и тепловизоры. |
| Длинноволновый инфракрасный диапазон (LWIR) | 8-15 мкм | В этом диапазоне начинают излучать тела с температурами около 0°С. В этом диапазоне чувствительны тепловизоры для приборов ночного видения. |
| Дальний инфракрасный диапазон (FIR) | 15-1000 мкм | Источниками излучения в этом диапазоне являются лазеры дальнего ИК-диапазона. |
SWIR-диапазон
В отличие от излучения среднего ИК 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. Например, атмосферное звездное свечение и ночное сияние являются естественными источниками света SWIR-диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. 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. Одним из главных преимуществ SWIR-зрения, которое не реализуется никаким другим прибором, является способность «видеть» сквозь стекло. Это значит, что с SWIR-камерами возможно использование обычных, бюджетных объективов практически для всех применений, кроме самых требовательных. В большинстве случаев нет необходимости оснащать SWIR-камеры специальной дорогой оптикой или стойкими к внешним воздействиям корпусами, что делает их пригодными к широкому использованию в различных отраслях. Так же данная характеристика позволяет монтировать коротковолновые ИК-камеры внутри защитных окон, делая работы по размещению видеосистемы на желаемой платформе чрезвычайно простыми. Так как волны SWIR проходят сквозь стекло, объективы и другие оптические компоненты (оптические фильтры и окна), предназначаемые для SWIR-съемки, могут изготавливаться по тем же технологиям, которые используются для компонентов видимого диапазона, что снижает издержки производства и делает возможным использование фильтров и окон в рамках одной системы.
Область применения приборов SWIR многообразна: металлургия, стекольная промышленность (термоскопия нагретых веществ), оборонная промышленность (ночное видение и обнаружение целей в сложных климатических условиях), медицина, наука и биология (лазероскопия), пищевая промышленность (определение влажности), полиграфия (проверка банкнот), проверка произведений искусства, тестирование солнечных батарей и проводников и т.д. Приборы SWIR применяются там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно. Водяной пар, туман и такие вещества, как силикон, прозрачны для SWIR-волн. Кроме того, цвета, которые являются практически идентичными в видимом диапазоне, легко различаются в диапазоне SWIR.
Как итог, можно подчеркнуть основные преимущества SWIR-оборудования:
- Высокая чувствительность;
- Высокое разрешение;
- Способность формировать изображение при свете ночного свечения или сиянии ночного неба;
- Возможность круглосуточного применения;
- Возможность скрытой подсветки;
- Cпособность видеть скрытые лазерные сигналы и маячки;
- Отсутствие требований для глубокого охлаждения;
- Возможность использовать серийные бюджетные объективы видимого диапазона;
- Компактность;
- Низкое энергопотребление.
Подобрать объективы SWIR диапазона для систем машинного зрения и промышленной автоматизации.