短波红外的价值？

2020-01-07 10:50:00

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短波红外的价值？

短波红外波长范围0.9~1.7微米，敏感使由于InGaAs传感器的发展才与最近成为现实的。但是为什么要使用短波红外呢？

首先，有一个基本事实：短波红外波段的光对人眼来说是看不见的。可见光光谱从波长的0.4 微米（靠近紫外光，对人眼来说是蓝色的）一直延伸到0.7微米（深红色）。比可见光波长长的波长只能用专用的传感器如InGaAs才能看得见。但是，虽然短波红外区的光对人眼来说是看不见的，但是这种光能以与可见光波长类似的方式与物体互相作用。也就是说，短波红外光是反射光；它从物体上的反射与可见光非常相似。由于具有这种反射性质，短波红外光在其图像上就会有阴影和反差。InGaAs相机的图像在分辨率和细节方面可以与可见光图像相媲美；然而，短波红外图像的颜色不是实际颜色。这可以使物体变得容易被识别，同时又可以构成短波红外的战术优点之一，即物体或个体辨别。

这使InGaAs变得很有趣，但是是什么使它变得有用的呢？InGaAs传感器可以做得极其灵敏，它可以逐个地对个别光子进行计数。这样，当被制成具有数千或数百万个微小点状传感器或者传感器像元时，短波红外相机便可以在非常暗的条件下工作。夜视护目镜已经使用了几十年了，它是通过敏感被反射的可见星光或其他环境光并将其放大进行工作的，常被称为图像增强管。该技术对于直接观察的夜视护目镜很适用。但是当需要将一幅图像传送到远处时，还没有可以不受可靠性和灵敏度限制的实用方法。由于可将光转换成电信号，它们本身就适用于标准存储或发送技术。

在夜里使用短波红外还有一个大的优点。被称为夜间天空辐亮度的大气现象所发出的光照度比星光强5至7倍，这种光照几乎都处在短波红外波长区。所以，有了短波红外相机，再加上这种常常被称为夜气辉的夜间光照度，我们便能够在无月光的夜间很清楚地“看到”目标，并通过网络共享这种图像，因为其他成像器件没法做到这一点。

但是，有没有可在短波红外范围工作的其他相机呢？有的，用碲镉汞（HgCdTe）或者锑化铟（InSb）之类材料制作的传感器在短波红外波段是非常灵敏的。然而，为了将它们的信噪比提高到有用的水平，人们必须以机械方式将这些相机冷却到极其低的温度。在设计用于监视和侦察的大型军用飞机上，冷却并不是一个问题，因为这些平台上有很大的空间和电力可以用来运行机械制冷系统。相比之下，InGaAs相机则可以在室温下达到同样的灵敏度。

本质上，InGaAs相机可以做得很小，使用极小的功率，却可以给出大的结果。InGaAs最初是用在电信业的，因为它对远程光线通信中所使用的光（波长通常为1550 纳米）是灵敏的。通过使用类似1.55 微米激光器或发光二极管的短波红外照明器，人们已经有可能照射一个只有用短波红外相机才能观察到的场景了。这种照明对人眼是安全的，它们的使用几乎不会受到限制。

热成像仪是另一类具有良好探测能力的摄像机。尽管热成像能够在冷背景下探测到温暖的物体，但是短波红外相机则能够实际辨认该物体是什么。那是因为热成像仪无法提供采用InGaAs短波红外焦平面阵列所能实现的分辨率和动态范围。

最后，短波红外成像有一个其他技术无可比拟的主要优点，即它能够透过玻璃进行成像。对于短波红外相机来说，特制的价格昂贵的透镜或者适应恶劣环境的外壳几乎是不必要的。这就使得它们可以用于各种各样的应用和产业。这种能力还允许短波红外相机安装在一个保护窗口内，当将相机系统固定在一种潜在平台上时，这将可以提供很大的灵活性。

所以，为何要使用短波红外呢？因为短波红外具有以下一些优点：