跳出可见光局限！短波红外相机如何玩转 “无形视界”？

在可见光的观测边界之外，存在着一个人眼无法触及的“隐形世界”：被雾霾遮蔽的城市轮廓、半导体晶圆内部的细微隐裂、水果表皮下的瘀伤病灶，这些都能被短波红外相机清晰捕捉。作为突破传统成像局限的核心设备，短波红外相机以900nm-2500nm的光谱响应范围，在工业检测、安防监控、农业分选等领域构建起全新的观测维度。

本文将从技术原理、结构组成、产品优势、接口类型、镜头匹配准则及应用场景等维度，全面拆解短波红外相机的技术内核与实用价值。

短波红外相机的成像原理

短波红外（SWIR）介于可见光（400nm-750nm）与中波红外（3μm-5μm）之间，其成像逻辑与可见光、中长波红外存在本质区别。中长波红外相机依赖物体自身的热辐射成像，而短波红外相机以反射成像为核心，这一特性与可见光相机一致，因此其成像的分辨率和细节表现力可与可见光图像媲美。

从技术原理来看，短波红外相机的核心是专用传感器对红外光子的捕捉与转化。主流设备多采用铟镓砷（InGaAs）传感器，该材料能对900nm-1700nm波段的红外光产生强烈响应。

当短波红外光照射到目标物体表面后，会发生特定规律的反射，反射光经光学镜头汇聚到铟镓砷（InGaAs）传感器的感光阵列，阵列中的感光单元将光子信号转化为电信号，再通过模数转换、信号降噪、图像拼接等处理，最终生成可识别的可视化图像。

此外，部分高端短波红外高光谱相机还会搭载MEMS可调谐滤波器，其基于Fabry-Perot干涉原理，可对不同波段的短波红外光进行精准滤波，从而采集到包含光谱信息的三维数据立方体，既能呈现物体形态，又能分析其物质成分，实现“成像+分析”一体化。

短波红外相机的核心结构

短波红外相机的结构可分为基础成像模块和进阶功能模块，不同类型设备的结构复杂度差异显著，常规设备的核心组件包含以下五部分，如下图所示：

 短波红外相机的原理图

01

光学镜头

作为短波红外光的“入口”，需具备900nm-1700nm的宽波段透过率，同时要校正轴向色差与垂轴色差，确保成像清晰度。

02

分光/滤波组件

普通单波段相机仅配备宽波段滤光片，而多光谱相机则会搭载分光棱镜（如三胶合分光棱镜），可将900nm-1700nm的红外光细分为900nm-1150nm、1150nm-1400nm、1400nm-1700nm三个子波段，分别传输至不同传感器，实现多波段同步成像且无图像视差。

03

红外探测器

InGaAs是核心感光元件，其像元尺寸通常为3.45μm-5μm，像元尺寸越小，相机可实现的分辨率越高。

04

信号处理系统

承担电信号的模数转换、降噪、平场校正等任务，同时支持极小曝光、Gamma调节等功能，确保图像数据的准确性与可用性。

05

数据传输与供电模块

内置接口芯片与供电电路，负责将图像数据传输至终端设备，并为整机提供稳定电力，其设计直接决定了相机的接口类型与功耗水平。

短波红外相机的成像原理

相较于可见光相机与中长波红外相机，短波红外相机凭借独特的光谱特性，具备四大不可替代的优势：

01

全天候与强穿透能力

短波红外波长比可见光更长，受大气散射影响更小，可穿透雾、霾、烟尘等遮挡物，同时，它还能穿透硅晶圆、塑料、玻璃等薄型材料，实现表层之下的缺陷检测。

02

高分辨率与低噪声成像

反射成像的特性使其图像细节可与可见光灰度图媲美，而TEC制冷技术与低噪声传感器的结合，让相机在微光环境下也能抑制噪声。

03

宽光谱兼容与多功能集成

部分高端型号可覆盖400nm-1700nm的光谱范围，同时兼容可见光与短波红外成像，替代“可见光相机+短波红外相机”的双设备方案，降低系统成本的同时提升数据处理效率。

04

微型化与低功耗

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）技术的应用让短波红外相机突破了传统设备“体积大、功耗高”的局限。

短波红外相机的常见接口

接口是相机与终端设备的数据桥梁，其类型决定了数据传输速率与适配场景，目前主流接口可分为四类：

01

USB3.0接口

传输速率可达5Gbps，具备即插即用的便捷性，适配低帧率、小分辨率的科研与民用场景。

02

GigE系列接口

包含1GigE、2.5GigE与10GigE，传输距离远（可达100米）且抗干扰能力强，其中10GigE接口速率可达10Gbps，适配高分辨率、高帧率的工业检测场景。

03

CoaXPress接口

专为机器视觉设计，兼具数据传输与供电功能，传输速率最高可达12.5Gbps，且延迟极低，适合高精度、高实时性的半导体检测、AOI设备等工业场景。

04

定制化接口

部分军工与特种场景会采用光纤接口等定制方案，以满足远距离、高安全性的数据传输需求。

短波红外相机的镜头匹配准则

镜头是影响成像质量的关键因素，若匹配不当会导致图像模糊、色差严重等问题，其核心匹配准则包含三点：

01

光谱波段匹配

镜头需覆盖相机的响应波段，常规短波红外相机需适配900nm-1700nm的宽波段镜头。

02

像面尺寸匹配

镜头的成像圆直径需大于传感器的像面尺寸，例如7μm像元的传感器对应的像面尺寸若为φ15mm，则镜头需覆盖该成像圆，否则会出现边缘成像缺失的问题。

03

工作距离与焦距匹配

近距离检测需选用短焦镜头（如8mm-25mm），确保大视场覆盖；远距离监控则需选用长焦镜头（如50mm-200mm），实现远距离目标的清晰识别。同时，工业场景还需关注镜头的畸变控制，一般要求畸变率低于1%，避免影响缺陷检测的精度。

短波红外相机的多元应用领域

凭借独特的技术优势，短波红外相机已渗透到多个行业的核心场景，形成了六大典型应用领域：

01

半导体与光伏检测

硅材料在短波红外波段呈透明状态，相机可穿透晶圆表层，检测0.1mm以上的内部隐裂，检出率可达99.4%，且检测效率是X光检测的10倍，设备成本仅为其1/5，大幅降低半导体厂商的报废损失。

半导体与光伏检测

02

农业品质分选

利用水在1450nm波段的强吸收特性，相机可识别水果瘀伤部位的高含水量区域，实现自动化分拣；同时可通过多光谱分析作物的水分、糖分含量，生成农田水分热力图，指导精准灌溉，使作物减产率从8%降至1.2%。

农业品质分选

03

恶劣环境安防

在油库、矿山、化工园区等场景，相机可穿透烟雾与粉尘，实现全天候监控，还能提前识别火灾初期的烟雾信号，将事故响应时间从10分钟缩短至2分钟，杜绝因监控盲区引发的安全事故。

恶劣环境安防

04

艺术品鉴定

短波红外光可穿透油画表层颜料，还原底层底稿的线条与色彩，为艺术品的真伪鉴别与修复提供科学依据，解决了传统肉眼观测的局限性。

05

包装填充检测

可穿透塑料、玻璃等包装材料，在不破坏包装的前提下，检测饮料瓶、药品胶囊等产品的填充量与内部杂质，保障产品品质。

06

高光谱物质分析

高光谱短波红外相机可采集物质的三维光谱数据，实现塑料材质分类、水质监测、生物识别等功能，例如可穿透假发、化妆品等伪装，获取人体皮肤的真实光谱信息，提升安防识别的准确性。