• VisionChina(深圳),为华南机器视觉市场注入新活力

    由机器视觉产业联盟(CMVU)主办的VisionChina(深圳) 2022将于11月16日-18日在深圳国际会展中心(宝安新馆)举办。
    2022-07-13
  • Vision China 2022(北京)延期通知

    鉴于近期国内疫情多地散发,防控形势严峻复杂,为继续贯彻落实“外防输入,内防反弹”的总策略和“动态清零”总方针,严格落实北京市各项疫情防控措施,我们非常遗憾地宣布:原定于2022年8月3日-4日在北京国际会议中心举办的2022北京机器视觉助力智能制造创新发展大会不得不予以延期,延期调整方案细节在与各方沟通后将另行通知。
    2022-01-17
相机

精密检测的新趋势, SWIR相机的各种应用方法

概括短波红外 (SWIR: Short Wave Infrared) 是一种比可见光波长更长的光。这些光不能通过 “肉眼”看到,也不能用“普通相机”检测到。由于被检测物体的材料特性,一些在可见光下无法看到的特性,却能在近红外光下呈现出来,因此,可以通过短波红外相机对物体特征进行检测。 目前在SWIR相机广泛应用于工业、航空航天、生物、医疗、户外监控、化妆品等众多领域,其中半导体检测和食品检测是两大主要应用市场,分布占据40%和30%的市场份额。图1:SWIR相机的应用。1.AVAL DATA的SWIR相机AVAL DATA提供各种SWIR相机,最近开发的搭载索尼IMX990传感器的ABA-013VIR,是市场上分辨率最高的一款SWIR相机,其拥有400~1700nm (VIS-SWIR)的宽波段覆盖范围,传感器的响应度平均超过80%。 另有搭载Sony IMX991传感器的VGA像素相机。另有搭载Sony IMX991传感器的VGA像素相机图2:ABA-013VIR相机的量子效率。此外,AVAL DATA还提供其他SWIR面阵和线阵相机、中红外(MIR)和远红外(WIR)系列产品,如图3所示。  图3:AVAL DATA提供的各种红外相机系列。2.SWIR相机的应用SWIR相机可用于很多领域,按照检测目的,可用于如下例子所示的各种应用。①分辨同色材料粉末分辨相同颜色的调味料、盐、糖混合时,我们很难用肉眼区分出每种物质。但是,由于每种材料吸收光的特性不同,使用SWIR相机拍摄,它们的图像会显示不同的颜色,如图4所示。图4:三种物质(调味料、盐、糖)在可见光和三种短波红外光下拍摄的图像对比。液体分辨通过SWIR相机来区分颜色相同的水和油时,水对短波红外光的吸收要比油更高,因此在SWIR成像中,水的颜色更深(黑),而油的颜色更浅(明亮)。这是使用SWIR相机分辨同色液体的方法。图5:水和油在可见光和短波红外光下的成像对比。塑料分类使用一般的RGB相机成像,很难区分为各种类型的白色塑料物质。然而使用SWIR相机成像时,由于每种物质对光的吸收不同,因此它们会呈现出不同的颜色。 例如,在图6所示的几种物质中,将尼龙(Nylon)分辨出来。由于尼龙在1200~1700nm波段对光的吸收率最高,因此尼龙在该波段的成像会非常暗,这样就能很容易地将其与其他物质区分开来。 图6:PVC/PS/Nylon/PC/PP/ABS在可见光和短波红外光下的成像对比。②通过水分测量检查食品缺陷使用SWIR相机测量食品中的水分含量,可以实现食品缺陷的检测。如图7所示,使用1450nm成像进行检测,潮湿的面包呈现的颜色比较深,而干燥的面包呈现的颜色比较浅。通过这种方法,我们可以预测一些食品中的水分含量,以及其是否为不良产品。 图7:标准面包(左)和干燥面包(右)在可见光和短波红外光下的成像对比。图8的例子显示了使用SWIR相机成像,检测水果表面的瘀伤缺陷。在短波红外成像中,瘀伤部分会呈现出较暗的颜色。图8:表面有瘀伤的橘子在可见光和短波红外光下的成像对比。③材料渗透晶圆测试SWIR相机可用于检测晶圆内部缺陷和Alignment key的位置。晶圆缺陷和Alignment Key的尺寸大小为微米级(μm)和纳米级(nm),因此晶圆检测中使用的镜头必须为显微镜。图8:晶圆在可见光和短波红外光下的成像对比。包装内部缺陷检测使用SWIR相机,可以透过包装检测内部物品的缺陷、物品位置以及异物等。但是,包装材料必须是短波红外光能够穿透的物质,见图9、图10。短波红外光不能穿透铝制包装,但是能穿透一些塑料包装;具体能否穿透,需要测试后确认。图9.使用短波红外成像检测包装盒内部。图10:使用短波红外成像检测瓶子内的化妆品含量。3.与SWIR相机配套使用的产品将SWIR相机与其他产品一起使用时,可以设置最佳使用环境,这样可以提高检测精准率。  ①红外偏光胶片的应用如果使用背光照明,很容易显得成像目标的背景太亮,并且不知道目标是否在透射照明光;但如果使用红外偏光片,可以消除背光,目标的成像精度会有所提高。偏光片能抑制包装的反射光,通过阻挡散射光和反射光,可以获取清晰的图像来检测包装内部的物品。图11 在使用偏光片和不使用偏光片的情况下,对包装内的食品进行成像的对比。②截止滤波器的应用Sony IMX990传感器可响应VIS-SWIR波段,因此,如果只需要在近红外波段成像,可以使用可见光截止滤波器 (cut filter)。如果只想在特定波长范围内进行检测,可以使用过滤器(pass filter)来提高检测准确性。③光源根据想要成像的波长范围选择光源。SWIR相机使用最多的光源是LED和卤素灯。LED光源的优点是发热低、耗电低、与卤素灯相比寿命长。因此,一般长期使用的FA领域,LED是首选光源。但是,LED光源与卤素灯相比光量不足,并且一个LED光源很难检测宽波长范围,增加光源量自然会增加成本。 卤素灯的缺点在于寿命短、发热量高。卤素灯与LED光源相比,光量高,波长宽。因此卤素灯通常适用于广泛的波长分析检测。④镜头了解需要检测的波长范围,并选择能够覆盖该波长范围的镜头也很重要。一般在野外拍摄时,需要覆盖VIS-SWIR的镜头。虽然晚上不需要自然光,但白天需要自然光,因此野外拍摄需要能覆盖可见光波段的镜头。如果只需要SWIR成像检测,则需要使用SWIR专用镜头。AVAL DATA的ABA-013VIR支持C-mount接口的镜头,传感器大小为1/2英寸,因此必须使用支持1/2英寸以上的C-mount镜头。附录:适用于塑料分类检测的高光谱相机根据上述内容(2.iii 废塑料分类)显示,SWIR相机能用于废塑料的分类。但是由于SWIR相机的感光范围仅为900~1700nm,因此很难分辨出多种不同的塑料材料。另外,如果需要在特定波段成像,则需要特定波段的滤光器或光源。但是,如果使用高光谱相机(AHS-003VIR),则可以在450~1700nm波段中一次拍摄,以18.8nm的分光分辨率同时获得以下各物质的512个频带的图像,并确认分光信息,如图14所示。图14:使用高光谱相机拍摄的图像。在图15中,Nylon从1700nm开始与其他物质光谱特点相似,因此很难区分。但通过高光谱相机(AHS-003VIR)拍摄,能看到1380~1600nm波段的成像与其他塑料不同。15图:PVC/PS/Nylon/PC/PP/ABS的红外成像图。AHS-003VIR主要特征:● 感光波段: 450~1700nm● 分辨率:640(空间) x 512(光谱)● Push broom 拍摄方式● 光谱波段: 512bands _● 光谱分辨率: 18.8nm● 最大帧率:240.6fps(CameraLink接口)结论图16:不适合用短波红外成像检测的物质。到目前为止,我们已经研究了几个适合用SWIR相机检测的案例。然而,并非所有检测都适合使用SWIR相机,如图16所示,铝、纸、液体中的含量确认、气泡检测等,都无法用SWIR相机实现。并不是所有材料都对红外波段有响应,因此提前了解被检测材料类型以及它对哪个波长有响应,是使用红外检测的前提之一。即使理论上有些材料对红外波段有感应,也许会由于这是混合物或受到外部环境的原因,可能无法使用SWIR相机进行测试,因此现场测试很重要。 AVAL DATA支持产品测试,能提供多种IR相机和高光谱相机,以及镜头、光源等能够满足客户需求的一整套打包方案。
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