【视觉知识】 特殊相机介绍及应用（上）
特殊相机介绍及应用
工业上除了常见的可见光2D、3D相机外，还有一些特别的相机作为特殊的应用。
一、红外相机
通常情况下，人眼可见范围为390nm-780nm。波长超过780nm判定为红外光。
红外光一般分为近红外NIR、短波红外SWIR、中波红外MWIR、长波红外LWIR、微波。
红外相机-NIR
NIR（近红外）是肉眼不可见的电磁波谱的一部分，NIR的成像并不依赖于颜色，所以可以高精度地可视化任何物体。
NIR光的波长比可见光长，这通常意味着光更容易通过纸张，布料和塑料等材料透射。近红外波长对材料和涂层的反应也与可见光不同。
NIR可以做到：
更容易穿透材料降低成像对象的颜色饱和度消除不必要的眩光和反射忽略各种检测应用中不需要的细节红外相机-SWIR
短波红外(SWIR)的范围在1050到2500nm之间，它占据了近红外以上的电磁波谱，完全超出了传统硅基成像传感器的能力范围。所以短波红外相机通常使用InGaAs传感器来感知该波段的光。
InGaAs传感器是目前主流的相机技术，工作在900至1700nm的SWIR范围内。与其他SWIR成像方式相比，它们具有相对成本效益和成熟的特点，这使得它们成为包括检测、分类和质量控制在内的机器视觉应用中最常用的技术。
SWIR最有前途的机器视觉应用之一是产品的检测和分类。
红外相机-MWIR
MWIR也被称为“热红外”，因为辐射是从物体本身发射的，不需要外部光源来成像物体。两个主要因素决定了物体在热像仪上看起来有多亮：物体的温度和发射率（材料的物理属性，描述了它的辐射效率）。
所有温度高于绝对零度（-273°C/-459°F）的物体都会发出中波红外和长波红外波长（3μm-14μm）的红外辐射，其数量与物体的温度成正比。热成像聚焦并检测这种辐射，然后将温度变化转换为灰度图像，使用更亮和更深的灰色阴影来表示更热和更冷的温度，从而直观地表示场景的热量分布。
MWIR收集3μm至5μm光谱波段的光。当主要目标是获得高质量图像而不是专注于温度测量时，就会使用MWIR相机。
红外相机-LWIR
长波红外（LWIR）是电磁波谱红外波段的细分，可捕获8至14μm长波红外（LWIR）光谱中的红外能量。
LWIR主要目标是专注于温度的测量。
【来源：光虎视觉内部培训资料】
【视觉知识】特殊相机介绍及应用（下）
特殊相机介绍及应用（下）
工业上除了常见的可见光2D、3D相机外，还有一些特别的相机作为特殊的应用。上期讲了红外相机，本期来看下其他几款特殊相机及应用。
二、紫外相机
从约10nm-400nm的辐射波段称为紫外线辐射，通常分为三个波段：近紫外（200nm-380nm）、远紫外（10nm-200nm）、极紫外（1nm-31nm）。
而空气在低于约200nm的波长下是不透明的，也意味着无法进行观察。近紫外又可以细分为：320nm-400nm的长波UV，也称UV-A；280nm-320nm的中波UV，也称UV-B；200nm-280nm的短波UV，也称UV-C。工业上使用最常见的紫外波长是365nm和395nm。
紫外线可用于机器视觉应用中，以检测使用可见光无法检测到的特征。由于紫外线被许多材料吸收，因此可以捕获产品表面的图像，并且由于它的波长比可见光短，因此会被产品上的表面特征所散射。
通常用于高分辨率视频显微镜、电晕检测、半导体检测和无损检测。
三、高速相机
高速摄像机是一种能以小于1/1000秒的曝光或超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的设备。
市场上的高速相机基本可以分为两大类：可以与捕获的视频相同或者更快的速度加载视频的相机，以及捕获整个事件并必须在后续进行数据传输该事件的相机。
这两种类型相机的使用取决于需要拍摄的时间长度，一般分为长时间记录事件和瞬态事件。
长时间记录的事件通常在100 - 300fps的情况下以中等分辨率记录几分钟或者几个小时。在这些事件期间，相机无法存储完整的视频，所以必须将其实时的传输到计算机。传输速度取决于传输介质的吞吐能力。
瞬态事件在几秒钟内发生，通常每秒钟捕获几千帧图像，然后生成一个以GB为单位的RAW原始数据。
在拍摄瞬态事件而使用的相机时，要增加拍摄的事件的持续时间，就需要一台具有尽可能多的临时存储容量（RAM）的相机。
高速摄像机主要应用于科研，军事测试以及工业生产评估等领域。例如汽车碰撞测试，焊接过程中的电弧的产生，电池爆炸过程中的有机液体飞溅，像这一类速度非常快的现象必须借助高速摄像机才能清晰的捕捉到。高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。
四、偏振相机
偏振相机就是四个不同角度的偏振片(90°, 45°, 135° 和0°) 分别放置于单个像元上，每四个像元一组作为一个计算单元。
通过四向偏振器来捕捉画面物体中的不同程度的极化信息，直接体现在拍摄的画面中，可适用于玻璃检测、应力检测等应用；同时还可以检测玻璃、金属等单色或彩色相机难以检测的反光表面。
传统机器视觉无法检测的应力、表面粗糙度、合金成分等应用，而这些都是偏振相机的优势体现，极大地延伸了机器视觉的探测能力。
偏振的应用长期以来一直用于机器视觉检测，以检测应力，检测物体并减少透明物体的眩光。典型的设置需要在目标物体、光源和相机之间安装一个或多个外部偏振片板。各种设置可用于测量材料应力，增强对比度以及分析表面质量的凹痕或划痕。
应力检测
当偏振光穿过透明材料时，偏振光的入射角度将通过物体中的不同应力区域转换为不同的角度。通过将颜色分配给特定的偏振角度，可以可视化缺陷和应力区域。
减少反射
物体会反射光线，使表面检测变得困难。食品和包装检测应用可以通过减少反射和眩光来减少偏振片的使用。
提高对比度
在低光照条件下，可以通过检测物体偏振的角度来改善对比度。上面的例子展示了如何在低光下通过常规成像来改善对比度。
划痕检测
与应力检测类似，使用传统成像很难识别某些缺陷和划痕。为了帮助识别表面缺陷，偏振成像可用于检测透明材料上的划痕。
【来源：光虎视觉内部培训资料】
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