友思特案例 | 捕捉“五彩斑斓的黑”：锗基短波红外相机的多种成像应用

红外处于人眼可观察范围以外，为我们了解未知领域提供了新的途径。红外又可以根据波段范围，分为短波红外、中波红外与长波红外。较短的SWIR波长——大约900nm-1700nm——与可见光范围内的光子表现相似。虽然在SWIR中目标的光谱含量不同，但所产生的图像在其特征上仍然更加直观，而不像中红外和低红外波段的低分辨率热行为，这一优势更符合许多工业机器视觉应用的需求。

与MWIR和LWIR相比，SWIR波长更短，可以获得更高的分辨率和更强的对比度，这两者都是检查和分选的重要标准。此外，虽然在SWIR运行的相机与可见光相机使用类似的光捕获技术，但它们收集的图像看起来与硅传感器捕获的图像非常不同——即使是在成像同一物体时。

通过SWIR相机，我们可以获取可见光范围内看不到的信息，使其在机器视觉中的应用越来越多，因为它提供了独特的检测、分类和质量控制功能，以及监控和遥感等环境光应用。

InGaAs传感器是目前比较成熟的SWIR相机技术，具有灵敏度高、可室温操作等优点，然而其较高的成本导致其民用领域应用受限等问题，亟需创新的短波红外探测器工艺将这一应用门槛降下来。

友思特 Beyonsense 短波红外相机采用了新兴的锗基传感器，使用选择性外延生长和牺牲填充层形成锗岛并通过锗的热氧化来降低表面粗糙度的方法，进一步降低了短波红外探测器的制造成本。这款相机实现了28mm超薄的小巧尺寸，可以通过蓝牙连接到手机和电脑上进行操作。

目前，BeyonSense 相机为128×128像素，适合的成像场景相对有限，以下将展示其实测效果，供大家参考。

一、光源成像

Beyonsense 1相机能够对多种光源做探测，包括LED灯、卤素灯、红外激光等，可用于实验室红外光源的光斑形态、光路情况等场景的观察探测。

1. LED台灯光源成像

不同成像设置下的LED光源 下图可看到灯丝形态

2. 白炽灯光源

白炽灯灯丝

白炽灯带铁网

3. 卤钨灯光源

友思特MT光源为卤钨灯，光谱范围350-2500nm，功率2-3W。当给光源加上准直镜后（如右图所示），校准后的光斑对比度较好。

4. 红外光源

友思特卤钨光源通过波长选择器仅输出红外波段的光905nm，以及880nm，BeyonSense 1相机对红外光光斑成像。目前已有研究院的客户将 BeyonSense 1 相机用于红外激光光斑的观测。

二、室外场景成像

SWIR相机在室外成像主要借助于目标物体对太阳光、月光、星光、大气辉光等光线的“夜天辐射”中的短波红外辐射的反射作用。因此，需要借助自然环境下的光线。由于Beyonsense对红外光的灵敏度与分辨率的差距，夜视较难实现。

在白日，需要在阳光较为充足的情况下，且被测物有较为明显的光反射差别下，可以获取到较好的成像效果。

以上对阳光照射下的大楼做成像，大楼的玻璃幕墙和白色外墙存在明显的反射光差别，在相机上能显示出大楼这两个部分的轮廓。

三、室内场景成像

基于SWIR成像原理，室内成像则需要搭配高功率的含有短波红外范围的光源作为照明，才可以探测到样品。光源可以选择白炽灯/卤素灯/红外光源。此外，为了获取均匀的背景光环境，建议采用白色反射背景布/板。

1. 穿透晶圆的灯丝成像

本成像应用采用了300W白炽灯台灯，以及白色漫反射织物。

实测结果：

带有散热网的白炽灯

白炽灯带铁网

放置硅片后，通过相机仍然能够看到灯丝。说明白炽灯的短波红外光穿透了硅片，使相机可以透过硅片观察到灯丝状态。

2. 油画涂料下的logo

3. 穿透晶圆查看到背面的图标

大多数光源不适合均匀覆盖大面积，需要在光源前放置了白色扩散织物来克服这一挑战，获得相对均匀的背景光，这适合拍摄较大场景的图片。如图为400W卤素灯光源与织物，光源放置在织物的背后。

4. 区分水和丙酮

400W卤素灯光源与织物，光源放置在织物的背后。

总结

友思特Beyonsense 1 短波红外相机采用锗基材料作为探测器，128×128像素，探测范围400-1600nm，优势在于蓝牙连接、便携迷你、成本较低，可实现基本的红外探测与成像应用。现有型号的配置并不适合大分辨率要求以及动态成像的工业场景，更适用于科研领域与企业实验室。

未来锗基短波红外相机将会在灵敏度与像素上做更多提升，敬请期待！

审核编辑 黄宇