短波红外（SWIR）传感器打开红外光谱的最后一个大气窗口

导读

短波红外（SWIR）传感器打开了红外光谱中的第三个也是最后一个大气窗口。长期以来，长波（LWIR）和中波（MWIR）传感器长期以来一直是红外成像的主要产品。与LWIR和MWIR不同，SWIR利用物体的反射的光线对物体进行成像，与可见光非常相似，从而赋予了红外全新的感知能力。在军事领域，以往的侦察需求更侧重于战略性，而如今要求具有高度的战术性、高水平的持久性，并且在许多情况下，需要识别感兴趣领域中的目标的能力。短波红外（SWIR）技术的卓越功能使其成为地面、机载和空间应用领域的“下一代”成像技术。

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独特性能

低光/夜视成像

SWIR相机可以在星光条件下工作，从大气夜光中获得足够的照明。夜光是由光谱短波红外部分的羟基离子发射产生的。

目标设别

SWIR相机和传感器则能看到可见光范围之外较短波长的反射光，这些图像非常接近可见光谱中所成像的景物。在SWIR波段，人员很容易识别，典型的区别是由于头发中缺乏水分，所有头发都显示为白色，而水分含量高的皮肤颜色呈现暗色。SWIR、可见光与LWIR、MWIR集成使用，LWIR和MWIR传感器进行目标探测，而SWIR和可见光传感器提升目标识别的能力。

人眼安全激光照明

工作在SWIR波段的激光对人眼相对安全，这意味着这些波长的光不会轻易穿透人眼的角膜。常见的1550nm波长的激光照明可用于安全地照亮人员和目标。

隐蔽照明

人眼安全的1550nm激光是人眼不可见的，但很容易被SWIR相机或传感器感知。SWIR照明对人眼来说是完全不可见的，但对SWIR相机来说却是明亮和清晰的。同样，激光束可照亮单个感兴趣的目标，以便于探测或跟踪，这对特定目标以进行测距以及其他特定应用非常有用。

短波红外

SWIR波段中的光是人眼不可见的。可见光谱范围从0.4μm到0.7μm的波长，长于可见光波长的SWIR波段只能由专用传感器（如InGaAs）感知。但是，尽管短波红外区域中的光是肉眼不可见的，但这种光以与可见光波长类似的方式与物体相互作用，即SWIR是反射光；它从物体上反射，就像可见光一样。由于其反射性，SWIR在其图像中具有阴影和对比度，其图像在分辨率和细节上与可见光图像相当，SWIR图像不是彩色的。

热像仪是具有良好探测能力的光电传感器，SWIR是红外成像的有益补充，就像红外成像是雷达的有益补充一样。热成像利用有效辐射能量差（或温差）探测感兴趣目标，但SWIR相机更容易识别该物体是什么，这是因为热像仪无法提供SWIR焦平面阵列所能提供的成像分辨率和动态范围，如，在军事领域，确定车辆是民用卡车还是军用坦克。

CMOS和CCD成像器是不断发展以满足用户需求的出色设备。但此类传感器通常只是日光传感器。另一方面，单个SWIR相机可用于昼夜成像，如，在无人机（UAV）应用领域中，SWIR相机可以在典型的昼/夜任务整个持续时间内有效工作。

SWIR成像的一个主要优势是能够透过玻璃成像，这是LWIR/MWIR无法比拟的。这意味着，SWIR相机可以使用传统、经济高效的可见光相机镜头，当然，苛刻条件下的应用需要专为SWIR波段设计的镜头。对于SWIR相机，特殊的昂贵镜头或环境硬化外壳大多是不必要的，这使得它们可用于各种应用和行业。此特点还允许将短波红外摄像机安装在保护窗内，其在光电平台应用时提供更好的灵活性。

InGaAS传感器

SWIR部分提供了独特的功能，通常与LWIR和MWIR成像相辅相成。SWIR成像使用反射光，这与可见光成像原理相同。由碲镉汞（HgCdTe）或锑化铟（InSb）等材料制成的传感器对SWIR波段的光线非常敏感。然而，为了将其信噪比水平，这些相机必须进行制冷。随着铟镓砷（InGaAs）传感器的开发，SWIR（0.9μm～1.7μm）的传感才真正实现。

InGaAs传感器非常灵敏，从字面上可以计算单个光子。因此，当构建为具有数千或数百万个微小点传感器或传感器像素的焦平面阵列时，SWIR相机可在非常黑暗的条件下工作。夜视镜得工作原理是感应和放大反射的星光或其他环境光，即所谓的图像增强管（I2CCD）。这项技术对于直接用于观察夜视镜效果不错，但无法将图像发送到远程情报中心时。SWIR传感器都将光转换为电信号，适用于标准存储或传输。

在夜间使用SWIR还有另一个主要优势。一种称为夜空辐射的大气现象发出的照明量是星光的5到7倍，几乎都是SWIR波长。因此，借助SWIR相机和这种夜光，我们可以在漆黑夜晚非常清晰地“看到”物体，并通过网络共享这些图像，其他成像设备很难做到这一点。

InGaAs相机体积小，功耗极低，成像效果很好，可使用1.55μm激光器或LED照明，可以隐蔽地照亮只有SWIR相机才能看到的场景。这种照明器对眼睛安全，因此对SWIR使用方式几乎没有限制。

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审核编辑 黄宇