下一代视觉系统集成短波红外技术的必要性

身处机器视觉领域，你或许早已体会到可见光成像的诸多局限：眩光干扰、外壳遮挡、材质相似难以区分、雾气导致对比度骤降。短波红外（SWIR）技术，尤其是与铟镓砷（InGaAs）传感器及康标达（Computar）可见 - 短波红外（ViSWIR）系列专用光学镜头搭配使用时，能为我们捕捉到全新的信号维度：利用物质化学特性形成的对比度、可穿透硅片与硬质塑料的成像能力，以及抗雾霾的成像稳定性。不妨将其理解为为视觉场景开启了新的感知层 —— 那些曾被视作 “不可见” 的信息，瞬间转化为可分析的数据集。

半导体与电子行业：穿透硅片的视觉能力

晶圆检测：波长超过约 1100 纳米时，硅片会呈现透明状态，短波红外技术可穿透键合晶圆，清晰捕捉底层结构，发现可见光相机无法识别的颗粒、空洞及对准偏差问题。元器件分析：集成电路的光发射失效分析、微机电系统（MEMS）的叠层检测，均能借助短波红外的高灵敏度和低背景杂波特性，将微弱的检测信号转化为可指导操作的有效信息。

工业制造与回收行业：以物质本质辨物，而非仅靠颜色

物料分选：短波红外可捕捉物质的化学特征。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）与聚氯乙烯（PVC）等聚合物的吸收波段存在差异，依托这一特性，可在输送线上实现高吞吐量、低误检率的物料精准分选。不透光材质的质量检测：硬质塑料瓶与模塑外壳在短波红外波段具备部分透光性，无需拆封即可完成无损检测，实现液位检测、有无检测及产品一致性验证。

食品、农业与制药行业：从生物特性中获取更清晰的对比度

食品检测：异物识别与品质分级（包括脂肪 / 水分含量的间接检测）的可靠性大幅提升。对于包装食品，短波红外技术可与 X 射线检测形成互补，捕捉到基于密度检测法无法发现的问题。大田与温室农业：短波红外波段的植被指数，能比单一近红外技术更精准地识别作物的水分胁迫、病害初期症状及冠层结构，助力田间巡查与变量施肥决策的优化。制药流程：从透过印刷铝箔完成泡罩包装检测，到通过光谱特征实现药品鉴别，在颜色识别失效的场景中，短波红外技术为药品真伪验证和生产过程控制提供了新方案。

安防、国防与监控行业：穿透大气的成像能力

环境穿透性：雾气、烟雾和霾会对可见光产生强烈散射，而短波红外技术能有效保持成像对比度，广泛应用于海岸监测与远距离观测。实战应用：目标识别、波束制导与精确制导弹药辅助、隐蔽式激光点对点自由空间通信，均借助短波红外波段的低信号特征和优良的传播特性实现。项目布局：政府及国防相关项目已将短波红外列为昼夜持续侦察、情报监视与侦察（ISR）任务的核心技术手段。

医疗与生命科学行业：更深层、更温和的成像方式

科研级显微与介观成像：短波红外波段的光散射和自发荧光效应显著降低，提升了生物组织成像的深度和信噪比，便于观察组织内部结构与动态变化。活体荧光成像：搭配短波红外荧光探针，组织对光的吸收性更低，荧光信号的传播距离更远、对比度更高，适用于小动物实验及转化医学成像研究。

其他高价值应用领域

智能交通与无人机：交通系统和自主作业平台利用短波红外技术实现车灯眩光抑制、恶劣天气适应，以及移动过程中的物料识别。反伪造：隐形油墨、特殊颜料和复合层特征在短波红外波段会清晰显现，可快速完成货币、文件、艺术品及防伪标签的真伪验证。遥感探测：短波红外的特定光谱波段可追踪水分、矿物成分和土壤结构，为地质勘探与环境监测提供数据支撑。

短波红外技术落地的实操要点

光学镜头是关键

选用覆盖可见光至短波红外波段的消像差镜头，避免在使用宽带或多光谱光源时出现焦点偏移和色模糊问题。

照明策略设计

围绕能反映物质特征的吸收波段选择窄带光源，1150-1700 纳米波段的发光二极管（LED）和激光器为行业标准选型。追求检测速度时，可将频闪短波红外光源与全局快门铟镓砷传感器搭配使用。

校准与基准设置

需进行暗场 / 白场基准校准，并做好温度稳定控制 —— 铟镓砷传感器的暗电流会随温度发生漂移。开展光谱检测时，无需采集全光谱数据，仅捕捉关键波段即可保障检测吞吐量。

数据处理链路优化

短波红外的光子通量较低，需通过去噪和高动态范围（HDR）融合提升成像质量；搭载片上感兴趣区域（ROI）和现场可编程门阵列（FPGA）预滤波器，保障产线检测速度。

短波红外技术优于可见光技术的典型场景

需穿透硅片、聚合物外壳、镀膜玻璃或印刷铝箔的成像场景；

需依据化学特性区分外观相似物料（塑料、食品、矿物）的场景；

雾霾、大雾、烟雾环境下，或低太阳眩光场景中，需保证成像距离和对比度的场景；

需降低光散射，实现生物组织深层高对比度成像的场景。

可见 - 短波红外镜头与铟镓砷传感器的适配优势

宽带消像差设计：镜头在可见光至短波红外全波段保持精准对焦和调制传递函数（MTF）稳定，简化多光谱融合系统的设计；

低杂散光：通过特殊镀膜和结构设计抑制眩光，避免微弱的短波红外对比度被杂光掩盖；

机械稳定性强：工业级镜头外壳可在温度变化时保持后焦稳定 —— 这一点至关重要，因铟镓砷成像系统工作时易产生温升。

落地实施步骤

明确实际检测所需的物料对比度特征（水分、脂质、硅片透光性、颜料光谱特征等），并据此选择对应检测波段；

采用可调谐短波红外光源或小型带通滤光片组进行原型验证，确定 2-4 个能最大化物料区分度的检测波长；

根据光子通量匹配像素尺寸，在短波红外成像中，可适当选用更大尺寸的像素，保障成像信噪比；

采用实际包装的待测样品，在模拟真实雾霾和照明的环境中完成验证测试。

首次将可见光相机替换为短波红外相机时，若未优化照明方案和选用适配光学镜头，成像画面可能会显得 “空洞”；而一旦完成调试，目标特征会立刻清晰显现。核心关键在于：短波红外并非只是一款普通的相机，而是一个全新的对比度感知体系。当光学镜头、检测波长与数据处理环节实现精准匹配，那些曾极具挑战性的应用场景 —— 如穿透硅片成像、区分 PET 与 PVC 物料 —— 都将转化为标准化的质量检测信号。

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