導讀

短波紅外（SWIR）傳感器打開了紅外光譜中的第三個也是最后一個大氣窗口。長期以來，長波（LWIR）和中波（MWIR）傳感器長期以來一直是紅外成像的主要產品。與LWIR和MWIR不同，SWIR利用物體的反射的光線對物體進行成像，與可見光非常相似，從而賦予了紅外全新的感知能力。在軍事領域，以往的偵察需求更側重于戰略性，而如今要求具有高度的戰術性、高水平的持久性，并且在許多情況下，需要識別感興趣領域中的目標的能力。短波紅外（SWIR）技術的卓越功能使其成為地面、機載和空間應用領域的“下一代”成像技術。

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獨特性能

低光/夜視成像

SWIR相機可以在星光條件下工作，從大氣夜光中獲得足夠的照明。夜光是由光譜短波紅外部分的羥基離子發射產生的。

目標設別

SWIR相機和傳感器則能看到可見光范圍之外較短波長的反射光，這些圖像非常接近可見光譜中所成像的景物。在SWIR波段，人員很容易識別，典型的區別是由于頭發中缺乏水分，所有頭發都顯示為白色，而水分含量高的皮膚顏色呈現暗色。SWIR、可見光與LWIR、MWIR集成使用，LWIR和MWIR傳感器進行目標探測，而SWIR和可見光傳感器提升目標識別的能力。

人眼安全激光照明

工作在SWIR波段的激光對人眼相對安全，這意味著這些波長的光不會輕易穿透人眼的角膜。常見的1550nm波長的激光照明可用于安全地照亮人員和目標。

隱蔽照明

人眼安全的1550nm激光是人眼不可見的，但很容易被SWIR相機或傳感器感知。SWIR照明對人眼來說是完全不可見的，但對SWIR相機來說卻是明亮和清晰的。同樣，激光束可照亮單個感興趣的目標，以便于探測或跟蹤，這對特定目標以進行測距以及其他特定應用非常有用。

短波紅外

SWIR波段中的光是人眼不可見的。可見光譜范圍從0.4μm到0.7μm的波長，長于可見光波長的SWIR波段只能由專用傳感器（如InGaAs）感知。但是，盡管短波紅外區域中的光是肉眼不可見的，但這種光以與可見光波長類似的方式與物體相互作用，即SWIR是反射光；它從物體上反射，就像可見光一樣。由于其反射性，SWIR在其圖像中具有陰影和對比度，其圖像在分辨率和細節上與可見光圖像相當，SWIR圖像不是彩色的。

熱像儀是具有良好探測能力的光電傳感器，SWIR是紅外成像的有益補充，就像紅外成像是雷達的有益補充一樣。熱成像利用有效輻射能量差（或溫差）探測感興趣目標，但SWIR相機更容易識別該物體是什么，這是因為熱像儀無法提供SWIR焦平面陣列所能提供的成像分辨率和動態范圍，如，在軍事領域，確定車輛是民用卡車還是軍用坦克。

CMOS和CCD成像器是不斷發展以滿足用戶需求的出色設備。但此類傳感器通常只是日光傳感器。另一方面，單個SWIR相機可用于晝夜成像，如，在無人機（UAV）應用領域中，SWIR相機可以在典型的晝/夜任務整個持續時間內有效工作。

SWIR成像的一個主要優勢是能夠透過玻璃成像，這是LWIR/MWIR無法比擬的。這意味著，SWIR相機可以使用傳統、經濟高效的可見光相機鏡頭，當然，苛刻條件下的應用需要專為SWIR波段設計的鏡頭。對于SWIR相機，特殊的昂貴鏡頭或環境硬化外殼大多是不必要的，這使得它們可用于各種應用和行業。此特點還允許將短波紅外攝像機安裝在保護窗內，其在光電平臺應用時提供更好的靈活性。

InGaAS傳感器

SWIR部分提供了獨特的功能，通常與LWIR和MWIR成像相輔相成。SWIR成像使用反射光，這與可見光成像原理相同。由碲鎘汞（HgCdTe）或銻化銦（InSb）等材料制成的傳感器對SWIR波段的光線非常敏感。然而，為了將其信噪比水平，這些相機必須進行制冷。隨著銦鎵砷（InGaAs）傳感器的開發，SWIR（0.9μm～1.7μm）的傳感才真正實現。

InGaAs傳感器非常靈敏，從字面上可以計算單個光子。因此，當構建為具有數千或數百萬個微小點傳感器或傳感器像素的焦平面陣列時，SWIR相機可在非常黑暗的條件下工作。夜視鏡得工作原理是感應和放大反射的星光或其他環境光，即所謂的圖像增強管（I2CCD）。這項技術對于直接用于觀察夜視鏡效果不錯，但無法將圖像發送到遠程情報中心時。SWIR傳感器都將光轉換為電信號，適用于標準存儲或傳輸。

在夜間使用SWIR還有另一個主要優勢。一種稱為夜空輻射的大氣現象發出的照明量是星光的5到7倍，幾乎都是SWIR波長。因此，借助SWIR相機和這種夜光，我們可以在漆黑夜晚非常清晰地“看到”物體，并通過網絡共享這些圖像，其他成像設備很難做到這一點。

InGaAs相機體積小，功耗極低，成像效果很好，可使用1.55μm激光器或LED照明，可以隱蔽地照亮只有SWIR相機才能看到的場景。這種照明器對眼睛安全，因此對SWIR使用方式幾乎沒有限制。

源自網絡

審核編輯 黃宇