15.04.2025
可见光谱外的图像捕捉
利用 SWIR 和 UV 相机拓展光学检测的可能性
基础知识
说到工业图像处理应用，人们通常会想到检测人眼可见的特征。大多数工业相机也在可见光范围（380 nm -780 nm）内工作，在近红外范围内仍能达到足够的灵敏度。
用这一范围之外的波长进行检测，可以发现人眼和传统相机无法发现的物体特征和特性。
低于可见光范围的波长被称为紫外线或紫外辐射（UV，380 nm - 100 nm）。波长在 780 纳米以上的为红外线，波长在 1000 纳米以下的为近红外（NIR），波长在 1700 纳米以下的为短波红外（SWIR）。
电磁波谱和 SWIR 波长
使用合适的图像传感器，能将可见光谱扩展到紫外至红外范围。
紫外线范围内的图像捕捉
半导体行业实例
紫外线范围内的众多应用之一是晶片检测。微小的半导体结构需要更高的相机分辨率进行检测。在捕捉玻璃和塑料等材料的图像时，如果使用标准相机，它们看起来是透明或半透明的。但是，它们的半透明性在紫外光谱下会发生变化，因此可以使用紫外成像技术识别这些材料。巴鲁夫相机采用最新的传感器技术，利用短波长紫外线实现高分辨率细节，从而满足了这些要求。
随着索尼 IMX487 传感器在 Pregius S 系列中的推出，可见光谱的范围扩大到包括低至 200 纳米的紫外线成分。该传感器具有 810 万像素的高分辨率，可在此光谱范围内拍摄出非常细腻的图像。
紫外传感器主要数据：
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成像传感器 |
索尼 IMX487 |
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传感器类型 |
2/3" 全局快门 CMOS |
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分辨率 |
810 万像素（2856 x 2848 像素） |
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像素尺寸 |
2.74 微米 |
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帧频 ADC 8 位 |
194 帧/秒 |
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帧频 ADC 10 位 |
193 帧/秒 |
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帧速率 ADC 12 位 |
127 帧/秒 |
短波红外图像处理
短波红外范围（简称 SWIR）内的图像处理在检测、分拣和质量控制中的重要性日益凸显。SWIR 指 800 纳米到 1700 纳米的短波红外范围，有时也指 1000 纳米到 1700 纳米的近红外 (NIR) 以上范围。更长的波长也被称为热辐射，它也是由物体本身发出的。
SWIR 光谱的特性更类似于可见光，即物体会反射或吸收光子。由于在 SWIR 范围内具有特殊的吸收特性，因此可以检测食品（尤其是农产品）以及不透明塑料容器中的填充量。SWIR 传感器在监控任务中也具有优势，因为即使在烟雾中也能轻松识别相关物体。SWIR 传感器还可用于半导体检测，因为硅在 SWIR 光下是透明的。
索尼 SWIR 系列传感器（IMX990、IMX991、IMX992 和 IMX993）独特地将可见光和 SWIR 波长（400 nm 至 1700 nm）的检测结合在一起。同时，由于采用了特殊的融合技术，实现了更低的像素间距和更小的像素尺寸。
这意味着在此波长范围内可以实现高分辨率相机和更精确的检测系统。
SWIR 传感器概述
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成像传感器 |
索尼 IMX991 |
索尼 IMX990 |
索尼 IMX993 |
索尼 IMX992 |
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传感器类型 |
1/4" 全局快门 CMOS |
1/2" 全局快门 CMOS |
1/1.8" 全局快门 CMOS |
1/1.4" 全局快门 CMOS |
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分辨率 |
0.34 MP（656 x 520 像素） |
134 万像素（1296 x 1032 像素） |
320 万像素（2080 x 1544 像素） |
530 万像素（2592 x 2056 像素） |
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像素尺寸 |
5 微米 |
5 微米 |
3.45 微米 |
3.45 微米 |
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帧频 ADC 8 位 |
258 帧/秒 |
134 帧/秒 |
170 帧/秒 |
130 帧/秒 |
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帧频 ADC 10 位 |
240 帧/秒 |
125 帧/秒 |
150 帧/秒 |
120 帧/秒 |
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帧频 ADC 12 位 |
137 帧/秒 |
71 帧/秒 |
90 帧/秒 |
70 帧/秒 |
新功能
HCG（高转换增益）/LCG（低转换增益）功能：切换功能，可在将光转换为电信号后立即放大信号，减少后续噪声，从而在低照度条件下拍摄低噪声图像。
DRRS（双读滚动快门）功能：可将噪点降低到未使用 DRRS 时通常观察到的噪点水平的约 1/4，从而捕捉到噪点更低的图像。
相机的其他优点
低功耗：例如，配备 IMX991 传感器的 BVS CA-GX0 GigE 摄像机的功耗仅约为 2.9 W。
相机冷却选项：散热片、冷却管和热电冷却 (TEC) 型，适用于苛刻的环境和应用。
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我们现有的千兆以太网（GigE）热像仪平台使得使用 SWIR 和 UV 技术变得尤为简单。与现有的工业相机相比，您无需改变相机的集成和处理方式，即可受益于 GigE Vision 和 GenICam 兼容性。
GigEBVS CA-GX0 系列 |
5GigEBVS CA-GV 系列 |
万兆以太网BVS CA-GT 系列 |
25GigEBVS CA-GW 系列 |
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可扩展的机器视觉接口 最大程度的机械和电气特性个性化配置、最多可达 31.5 MP 的传感器选择、各种数字输入和输出、可选多种安装方式的紧凑型外壳、用于 GigE 和 I/O 接口的 M12 工业连接器、可选 IP67 外壳。 |
结构紧凑，功耗最低 外形小巧（29 × 29 毫米），由于功耗低，因此散热性能佳，使用 PoE 通过一根电缆供电和传输数据，向后兼容 2.5 千兆以太网和 1 千兆以太网接口，可选配用于大型传感器的更大镜头支架。 |
高速传输速率和卓越的图像质量 通过符合 IEEE1588 标准的精确时间协议 (PTP) 实现精确同步，使用 PoE+ 通过一根电缆实现供电和数据传输，集成相机冷却系统，镜头架有 C 型和 M42 型可选，通过标准光纤 SFP+ 实现万兆以太网连接，多核采集优化器 (MAO)，1245 MB/s，无图像丢失。 |
所有方面的最高性能 使用 RoCE v2 协议实现低延迟、高吞吐量数据传输，通过 GigE Vision 标准简单实现，通过标准 SFP28 光纤连接技术实现经济高效的长距离连接，外形小巧（40 x 40 毫米），可为大型传感器选配更大的镜头支架。 |
| 连接相机 | 即将推出 | 相机 | 即将推出 |
USB 3 - BVS CA-SF 系列
即插即用的高性能
高达 31.5 MP 的高质量 CMOS 传感器，每像素高达 12 位，内部实时图像预处理，用于实时序列的流量控制，广泛的即插即用接口，硬件和软件兼容性得益于 USB3 Vision 标准和 GenICam，也可作为板级相机提供。
应用案例
例如，SWIR 光谱可用于检测农产品或不透明塑料容器中的填充量。SWIR 传感器还具有监控任务的优势，因为即使在烟雾中也能轻松识别感兴趣的物体。
例如，在食品工业中，SWIR 相机可用于检测食品中的异物。
左：可见光谱 | 右：SWIR
由于硅在 SWIR 光谱中是透明的，因此 SWIR 红外热像仪也被用于半导体行业，以检测损坏和生产缺陷。
左：可见光谱 | 右：SWIR
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Industrial cameras with SWIR and UV sensors