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短波紅外的主要應用

 發表日期 : 2021-11-05 11:10  瀏覽量 : 

1.短波紅外成像原理

短波紅外是一種波長范圍為0.76μm~3μm的電磁輻射,其在電磁波譜中的位置位于可見光及中長波紅外之間。如圖所示為海平面上約2km的水平路徑大氣透過曲線,在短波紅外波段內,0.76μm~1.35μm、1.5μm~1.8以及2.1μm~2.4波長的光線均有著相當高的大氣透過率太陽光中的短波紅外成分能透過大氣照射到地面物體上,且光照強度較高。短波紅外成像可以獲取到許多不同于可見光和中長波紅外成像的信息,由于其所獲取到的信息有所不同,可以作為可見光和中長波紅外成像的有力補充。

短波紅外成像的原理與可見光成像原理相似,主要利用被測目標所反射的光

線實現成像。與中長波紅外熱成像相比,短波紅外成像獲得的圖像存在陰影,目標的細節更為豐富,更易于識別辨認與可見光成像相比,短波紅外成像具有大氣透射距離遠和夜視效果好等特點,且許多物質在短波紅外所涵蓋的波段內表現出極為獨特的光譜特性。

目前,短波紅外成像技術在軍用領域、工業領域、醫療領域、農業領域、航

天領域以及商用領域等均有著廣泛的應用。

夜間可見光成像與短波紅外成像對比

霧霾環境下可見光成像與短波紅外成像對比

2.短波紅外主要應用領域

在軍用領域,不同材料在短波紅外波段具有不同的吸收和反射特性,因此短波紅外成像可以識別某些可見光識別不了的偽裝,可以用于偽裝識別。夜天光、大氣輝光中有大量的短波紅外成分,因此短波紅外成像在天氣晴朗的夜間具有良好的夜視效果,可以用于夜視方面。短波紅外受大氣凝結水厚度影響較小,大氣傳輸特性好,遇到微小顆粒主要發生米氏散射,透射距離遠,具有良好的透煙、霧、霾成像能力,可用于惡劣天氣環境下的偵察和監控。短波紅外是肉眼不可見的,具有極佳的隱蔽性,可用于激光引導和隱蔽照明。

在工業領域,太陽能電池的電致發光和光致發光波段均落在短波紅外波段內,因此短波紅外成像可用于太陽能電池品質檢測。不同材料的塑料制品在短波紅外波段具有不同的光譜特性,可以通過光譜特性進行區分。因此短波紅外成像可用于塑料分揀。短波紅外對100℃以上的高溫物體熱轄射敏感因此可用于高溫物體監測。

在醫療領域,光學相干層析是一種新型的實時、高分辨、無損傷光學成像技

術,而短波紅外對人體皮膚的穿透能力強,因此將短波紅外成像用于光學相干層析技術可以對病變組織進行監測。人體組織對短波紅外的吸收和散射比較弱,可以通過對人體組織成像來輔助診斷。

在農業領域,水在短波紅外波段內存在強烈的光譜吸收峰,因此短波紅外成像可應用于農產品篩選和果品瘀傷檢測。

在航天領域,不同礦物成分在短波紅外波段有著不同的光譜表現,因此短波紅外成像可用于地質分析。植被與地表因含水量的差異而表現出對短波紅外不同的反射率,且不同類型植被在短波紅外波段內也都有其獨特的光譜特性,因此短波紅外成像可用于植被分析。

在商用領域,短波紅外能夠透過煙塵,且對高溫物體熱輻射敏感,可用于森

林防火。短波紅外可透過有色眼鏡成像,且真假發因含水量不同在短波紅外波段有不同的反射率,可用于安全監控。短波紅外能夠穿透油墨油彩,但無法穿透碳跡,可用于鑒定藝術品的真偽。

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短波紅外鑒別油畫真偽

 

3.國外短波紅外應用研究進展

在軍用領域,美國Equinox公司、波蘭華沙軍事科技學院和加拿大Telops公司等機構對短波紅外偽裝識別應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司、美國密歇根大學和意大利熱那亞大學等機構對短波紅外夜視應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司和意大利帕爾馬大學等機構對短波紅外惡劣環境下偵察監控應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司、美國LASERTEL公司等機構則對短波紅外激光引導和隱蔽照明應用進行了研究。

在工業領域,美國Sensors Unlimited公司、比利時XenICs公司、法國

索邦大學、英國杜倫大學、波蘭華沙大學、波蘭科學院、日本愛嬡大學和德國于利希研究中心等機構對短波紅外太陽能電池檢測應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司、土耳其科賈埃利大學、奧地利研究中心和意大利羅馬大學等機構對短波紅外塑料分揀應用進行了研究。而美國Sensors Unlimited公司網、法國NIT公司、比利時XenICs公司等機構則對短波紅外高溫物體監測應用進行了研究。

在醫療領域,美國Sensors Unlimited公司、瑞士聯邦技術研究所和美國麻省理工學院等機構對基于短波紅外光學相干層析技術的病變組織監測應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司和美國麻省理工學院等機構對基于短波紅外組織成像的輔助診斷應用進行了研究。

在農業領域,澳大利亞中央昆士蘭大學、愛爾蘭都柏林大學、韓國忠南國立大學、西班牙塞維利亞大學等機構對短波紅外的農產品篩選和果品瘀傷檢測應用進行了研究。

在航天領域,以色列臺拉維夫大學、美國內華達大學和美國希爾特公司等機構對短波紅外地質分析應用進行了研究。西班牙巴克斯自治區大學等機構對短波紅外植被分析應用進行了研究。

在商用領域,比利時XenICs公司、美國Sensors Unlimited公司和美國猶他大學等機構對短波紅外森林防火應用進行了研究。美國Sensors Unlimited公司對短波紅外安全監控應用方面進行了研究。而意大利國家研究委員會和比利時安特衛普大學等機構則對短波紅外藝術品鑒定方面的應用進行了研究。

4.國內短波紅外應用研究進展

在軍用領域,石家莊機械工程學院和中國科學院西安光學精密機械研究所等機構進行了短波紅外偽裝識別方面的研究。西安立鼎光電公司和西安天盈光電公司等機構進行了短波紅外夜視方面的研究。山西國惠光電公司和西安天盈光電公司等機構進行了短波紅外惡劣環境下偵察監控方面的研究。而西安天盈光電公司西安應用光學研究所等機構則進行了短波紅外激光引導和隱蔽照明方面的研究。

在工業領域,山西國惠光電公司、河北大學和江蘇大學等機構進行了短波紅外太陽能電池檢測方面的研究。山西國惠光電公司和上海交通大學等機構進行了短波紅外塑料分揀方面的研究。山西國惠光電公司等機構進行了短波紅外高溫物體監測方面的研究。

在農業領域,北京農林科學院、中國礦業大學、浙江大學和華南理工大學等機構進行了短波紅外的農產品篩選和果品瘀傷檢測方面的研究。

在航天領域,中國國土資源航空物探遙感中心等機構進行了短波紅外地質分析方面的研究。武漢大學和新疆大學等機構進行了短波紅外植被分析方面的研究。而在商用領域,山西國惠光電公司和西安天盈光電公司等機構進行了短波紅外森林防火方面的研究。山西國惠光電公司和西安立鼎光電公司等機構進行了短波紅外安全監控方面的研究。


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