短波红外增强机器视觉

机器视觉专业的收益与短波红外的新工具。

短波红外（SWIR）机器视觉成像是一个关键的工具，在制造业和工业过程测量、监视、控制或管理的可靠和质量符合不到标准范围机器视觉相机响应以及商品生产。短波红外成像增加了更多的解决方案工具促进核心机器视觉概念“我可以控制，我可以可靠地测量”和援助数字通过/失败在一个给定的检查过程决策。短波红外相机的美在于数据的感觉在观察到的图像以及在数字数据流标准的黑色和白色的信号，熟悉的，因为底层的硅和砷化镓铟（InGaAs）传感器是光电效应检测器，快速结果是正常的。

短波红外相机在二维成像相机和一维线扫描相机可。就像在可见光一样，二维图像的格式为一个易于解释的图像进行离散检查，而行扫描有一个框架大小无限的运动方向，非常适合于移动的网络瀑布图像。室温短波二维相机工作在标准的视频速率通常是30到60帧每秒（fps）以及数字的机器视觉应用中快。对于关键的，高速机器视觉应用，考虑一个连续的帧速率的相机，超过每秒90000行，在一个完整的1024像素分辨率在12位。    

 

红外颜色

短波是一种独特的波长的颜色光：物理方式的光在可见光看到同样适用于近红外和短波红外的方法。光从一个源辐射，它吸收，反射或与场景交互，并检测到由一个电荷产生相机。因此，短波红外图像看起来很像一个黑色和白色硅相机的图像，具有一些独特的信息添加。由于颜色是人眼的功能，没有真正的“颜色”超出了可见的范围，和黑色和白色，甚至伪彩色显示器可以使用。短波与长波红外（LWIR）热应用，样品的温度信号的主要来源，但短波可以杠杆当物体有足够的温度比沸水。中间中波红外（MWIR）乐队融合了短波和长波红外的一些性质，但中波红外探测器材料需要低温冷却，使非常昂贵，消耗饥饿，独特的透镜，集中维护，和其他不适当的机器视觉相机。

标准红外摄像头是使用砷化铟镓（InGaAs）制成的焦平面和看到~ 940波长1700纳米（nm）或0.9到1.7微米（?m）。InGaAs增强版本可以延长蓝截止到400 nm（紫色）：这种相机覆盖硅相机的全方位加添加范围超过1000 nm，普通硅相机变得无效，如果不是彻头彻尾的无用。通常情况下，这样的扩展的波长范围内的应用是罕见的，往往是不可取的，需要过滤器，以消除额外的区域。此外，线扫描相机可以推动灵敏度的红端2.2?米以外，使用改变探测器晶体矩阵不适宜地区相机，导致噪声限制相机的青睐更明亮，更红的应用。

传统的玻璃光学和照明光源

一种红外成像机器视觉的优点是，光学玻璃和窗户都青睐的材料。放置一个短波红外相机到不友好的制造环境是很容易实现的商业相机外壳，不需要特殊的昂贵的窗口材料具有独特的护理或有毒的属性。虽然COTS镜头可以工作，短波近红外光学甚至保证最大的性能，由于胶辊的镜头往往是专为在附近经常可见和蓝色而不是红色和传输的最佳焦点。特别是短波红外光学的可用性已经在过去几年显着增加。

照明是机器视觉成功的关键。另一个优势是基于短波灯丝灯泡会产生比可见光更短波的光。因此，无论是较小的，较低的功率灯泡可以使用，或一个标准的灯泡可以运行在低得多的功率，大大提高寿命。LED照明是正确的“颜色”也变得越来越普遍，注意的白光LED具有最小的短波内容可用于辅助照明，如果需要。

 

热处理

而短波红外和可见光摄像机通常不测量温度，炽热的电炉的元素是可见的温度测量的一个例子。SWIR同样用于测量温度时，长波红外相机是不恰当的。热玻璃瓶检测是一个应用程序同时使用扫描和二维数组。在这种情况下，热玻璃，正确的模具或炉，可以检查的缺陷。玻璃基质是短波红外摄像机的透明，同时热材料发出柔和的光亮让机器视觉的程序来评估瓶的关键缺陷如壁厚、楔形底和其他技术玻璃形成诸如鸟摆动，状，穗状花序，薄点和夹杂物。通过监测在热端，产品质量可以得到解决，任何过程中的错误迅速纠正在预防模式，而不是拒绝质量差，在冷端作为一个昂贵的校正模式。与其他生产方式的竞争，玻璃与塑料或金属成为生存和SWIR机器视觉关键成本控制是一项明智的投资。

SWIR已被证明有利于熔融金属处理行业。由于几吨钢水的钢包将有残留的不必要的渣量，这是有利的，知道时，倒是优质的钢或受渣污染的钢。而热成像摄像机已经在这个技术的一些能力，短波是在辐射相关的钢和渣之间的变化特别敏感。这种结合的优势，容易维修窗户，防止在钢铁厂环境飞溅：玻璃窗罩是迄今为止更便宜和更容易获得，处理和处置或更换较贵，对长波红外相机需要外来的窗户。作为相机的款式可以在高温下工作，没有相机功能的移动部件，优势在短波红外相机在预期使用寿命。

检测填充水平和水分含量

在室温下，不同波长的图像会发生意想不到的颜色变化。例如，一瓶干净，在可见清澈的水成为短波红外黑漆黑的解决方案，由于在这个范围内几个强吸水性。利用滤波器以强吸收（S）在一个非常敏感的安排能够对比水的路径长度为100微米（十分之一毫米短结果的）。机器视觉应用，从筛选的短波红外相机的好处包括：控制医疗注射器泡沫填充的水平和/或存在质量、管材和现代一次性微喷头。在宏观尺度上，厚厚的填充水平，高彩色塑料洗涤剂瓶在SWIR易事。因为食物也含水率高，一个公司考察法国油炸土豆条为理想的水分含量以确保完美品质的鱼苗，避免烧伤或感伤的碎片。

 

高科技：硅和太阳能

在短波红外波段的另一个令人惊讶的颜色发生变化，硅。一种用于半导体芯片的硅晶片可能是下一个手机，记忆芯片或植入心脏起搏器成为超过1100纳米的透明状玻璃。正是这种“清晰”的属性，有助于硅相机无法看到到短波红外光谱区。短波红外InGaAs相机可以安装到显微镜系统和用于验证晶片对准双面面具，多晶片堆叠，甚至MEMS器件的三维结构建立在硅层厚度。一个应用程序来快速验证一个薄的器件厚度只是衡量设备到舞台的Z轴平移表面之间的距离为重点到设备层。将转换为在一个快速，方便的光学密度的结果，精度优于2?M.但非接触测量系统，薄晶只有一个应用程序。铸态非晶硅太阳能电池用的是一块6 x 6 x 10英寸的“毛坯”可能含有夹杂物，会损坏金刚石绳锯机。短波红外成像通过这一大块（无危险的X射线）告诉操作者在片块为个人200?米厚的空白。

短波红外相机提供许多优点，越来越多的阵列的机器视觉应用。由于没有移动部件，如风扇和百叶窗，他们很容易使用和整合。他们以类似的方式运作，常用的，更熟悉的硅相机。为减少需求的大小、重量和功率增加的像素数和速度的增加，短波红外相机将继续加强应用如生物医学检测、OCT和其他机器视觉任务，将受益于成像超出可见光波长。