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1.短波紅外成像原理

短波紅外是一種波長(zhǎng)范圍為0.76μm~3μm的電磁輻射，其在電磁波譜中的位置位于可見(jiàn)光及中長(zhǎng)波紅外之間。如圖所示為海平面上約2km的水平路徑大氣透過(guò)曲線(xiàn)，在短波紅外波段內(nèi)，0.76μm~1.35μm、1.5μm~1.8以及2.1μm~2.4波長(zhǎng)的光線(xiàn)均有著相當(dāng)高的大氣透過(guò)率太陽(yáng)光中的短波紅外成分能透過(guò)大氣照射到地面物體上，且光照強(qiáng)度較高。短波紅外成像可以獲取到許多不同于可見(jiàn)光和中長(zhǎng)波紅外成像的信息，由于其所獲取到的信息有所不同，可以作為可見(jiàn)光和中長(zhǎng)波紅外成像的有力補(bǔ)充。

短波紅外成像的原理與可見(jiàn)光成像原理相似，主要利用被測(cè)目標(biāo)所反射的光

線(xiàn)實(shí)現(xiàn)成像。與中長(zhǎng)波紅外熱成像相比，短波紅外成像獲得的圖像存在陰影，目標(biāo)的細(xì)節(jié)更為豐富，更易于識(shí)別辨認(rèn)與可見(jiàn)光成像相比，短波紅外成像具有大氣透射距離遠(yuǎn)和夜視效果好等特點(diǎn)，且許多物質(zhì)在短波紅外所涵蓋的波段內(nèi)表現(xiàn)出極為獨(dú)特的光譜特性。

目前，短波紅外成像技術(shù)在軍用領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、航天領(lǐng)域以及商用領(lǐng)域等均有著廣泛的應(yīng)用。

2.短波紅外主要應(yīng)用領(lǐng)域

在軍用領(lǐng)域，不同材料在短波紅外波段具有不同的吸收和反射特性，因此短波紅外成像可以識(shí)別某些可見(jiàn)光識(shí)別不了的偽裝，可以用于偽裝識(shí)別。夜天光、大氣輝光中有大量的短波紅外成分，因此短波紅外成像在天氣晴朗的夜間具有良好的夜視效果，可以用于夜視方面。短波紅外受大氣凝結(jié)水厚度影響較小，大氣傳輸特性好，遇到微小顆粒主要發(fā)生米氏散射，透射距離遠(yuǎn)，具有良好的透煙、霧、霾成像能力，可用于惡劣天氣環(huán)境下的偵察和監(jiān)控。短波紅外是肉眼不可見(jiàn)的，具有極佳的隱蔽性，可用于激光引導(dǎo)和隱蔽照明。

在工業(yè)領(lǐng)域，太陽(yáng)能電池的電致發(fā)光和光致發(fā)光波段均落在短波紅外波段內(nèi)，因此短波紅外成像可用于太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)。不同材料的塑料制品在短波紅外波段具有不同的光譜特性，可以通過(guò)光譜特性進(jìn)行區(qū)分。因此短波紅外成像可用于塑料分揀。短波紅外對(duì)100℃以上的高溫物體熱轄射敏感因此可用于高溫物體監(jiān)測(cè)。

在醫(yī)療領(lǐng)域，光學(xué)相干層析是一種新型的實(shí)時(shí)、高分辨、無(wú)損傷光學(xué)成像技

術(shù)，而短波紅外對(duì)人體皮膚的穿透能力強(qiáng)，因此將短波紅外成像用于光學(xué)相干層析技術(shù)可以對(duì)病變組織進(jìn)行監(jiān)測(cè)。人體組織對(duì)短波紅外的吸收和散射比較弱，可以通過(guò)對(duì)人體組織成像來(lái)輔助診斷。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，水在短波紅外波段內(nèi)存在強(qiáng)烈的光譜吸收峰，因此短波紅外成像可應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品篩選和果品瘀傷檢測(cè)。

在航天領(lǐng)域，不同礦物成分在短波紅外波段有著不同的光譜表現(xiàn)，因此短波紅外成像可用于地質(zhì)分析。植被與地表因含水量的差異而表現(xiàn)出對(duì)短波紅外不同的反射率，且不同類(lèi)型植被在短波紅外波段內(nèi)也都有其獨(dú)特的光譜特性，因此短波紅外成像可用于植被分析。

在商用領(lǐng)域，短波紅外能夠透過(guò)煙塵，且對(duì)高溫物體熱輻射敏感，可用于森

林防火。短波紅外可透過(guò)有色眼鏡成像，且真假發(fā)因含水量不同在短波紅外波段有不同的反射率，可用于安全監(jiān)控。短波紅外能夠穿透油墨油彩，但無(wú)法穿透碳跡，可用于鑒定藝術(shù)品的真?zhèn)巍＃崳姡?/span>

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3.國(guó)外短波紅外應(yīng)用研究進(jìn)展

在軍用領(lǐng)域，美國(guó)Equinox公司、波蘭華沙軍事科技學(xué)院和加拿大Telops公司等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外偽裝識(shí)別應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司、美國(guó)密歇根大學(xué)和意大利熱那亞大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外夜視應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司和意大利帕爾馬大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外惡劣環(huán)境下偵察監(jiān)控應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司、美國(guó)LASERTEL公司等機(jī)構(gòu)則對(duì)短波紅外激光引導(dǎo)和隱蔽照明應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在工業(yè)領(lǐng)域，美國(guó)Sensors Unlimited公司、比利時(shí)XenICs公司、法國(guó)

索邦大學(xué)、英國(guó)杜倫大學(xué)、波蘭華沙大學(xué)、波蘭科學(xué)院、日本愛(ài)嬡大學(xué)和德國(guó)于利希研究中心等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外太陽(yáng)能電池檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司、土耳其科賈埃利大學(xué)、奧地利研究中心和意大利羅馬大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外塑料分揀應(yīng)用進(jìn)行了研究。而美國(guó)Sensors Unlimited公司網(wǎng)、法國(guó)NIT公司、比利時(shí)XenICs公司等機(jī)構(gòu)則對(duì)短波紅外高溫物體監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在醫(yī)療領(lǐng)域，美國(guó)Sensors Unlimited公司、瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所和美國(guó)麻省理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)對(duì)基于短波紅外光學(xué)相干層析技術(shù)的病變組織監(jiān)測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司和美國(guó)麻省理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)對(duì)基于短波紅外組織成像的輔助診斷應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，澳大利亞中央昆士蘭大學(xué)、愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)、韓國(guó)忠南國(guó)立大學(xué)、西班牙塞維利亞大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外的農(nóng)產(chǎn)品篩選和果品瘀傷檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在航天領(lǐng)域，以色列臺(tái)拉維夫大學(xué)、美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)和美國(guó)希爾特公司等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外地質(zhì)分析應(yīng)用進(jìn)行了研究。西班牙巴克斯自治區(qū)大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外植被分析應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在商用領(lǐng)域，比利時(shí)XenICs公司、美國(guó)Sensors Unlimited公司和美國(guó)猶他大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)短波紅外森林防火應(yīng)用進(jìn)行了研究。美國(guó)Sensors Unlimited公司對(duì)短波紅外安全監(jiān)控應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。而意大利國(guó)家研究委員會(huì)和比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)等機(jī)構(gòu)則對(duì)短波紅外藝術(shù)品鑒定方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

4.國(guó)內(nèi)短波紅外應(yīng)用研究進(jìn)展

在軍用領(lǐng)域，石家莊機(jī)械工程學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外偽裝識(shí)別方面的研究。西安立鼎光電公司和西安天盈光電公司等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外夜視方面的研究。山西國(guó)惠光電公司和西安天盈光電公司等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外惡劣環(huán)境下偵察監(jiān)控方面的研究。而西安天盈光電公司西安應(yīng)用光學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)則進(jìn)行了短波紅外激光引導(dǎo)和隱蔽照明方面的研究。

在工業(yè)領(lǐng)域，山西國(guó)惠光電公司、河北大學(xué)和江蘇大學(xué)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外太陽(yáng)能電池檢測(cè)方面的研究。山西國(guó)惠光電公司和上海交通大學(xué)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外塑料分揀方面的研究。山西國(guó)惠光電公司等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外高溫物體監(jiān)測(cè)方面的研究。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，北京農(nóng)林科學(xué)院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)和華南理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外的農(nóng)產(chǎn)品篩選和果品瘀傷檢測(cè)方面的研究。

在航天領(lǐng)域，中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外地質(zhì)分析方面的研究。武漢大學(xué)和新疆大學(xué)等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外植被分析方面的研究。而在商用領(lǐng)域，山西國(guó)惠光電公司和西安天盈光電公司等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外森林防火方面的研究。山西國(guó)惠光電公司和西安立鼎光電公司等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了短波紅外安全監(jiān)控方面的研究。