كاميرات الأشعة تحت الحمراء القريبة: ما هي؟ وكيف تعمل؟

التقنية الصورية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) هي تقنية متقدمة تقدم وجهات نظر فريدة في النطاق الطيفي بين 650nm و950nm. على عكس تصوير الضوء المرئي، فإن الأشعة تحت الحمراء القريبة أقل تأثراً بتغيرات اللون، مما يمكّن من تصوير دقيق لأي كائن. يجعل هذا الميزة الفريدة من نوعها تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة تقنية رائدة في العديد من المجالات، من التشخيص الطبي إلى التحكم في جودة الصناعات.

ما هي تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة؟

تقنية تصوير الأشعة تحت الحمراء القريبة تمثل تطوراً كبيراً في مجال التصوير البصري. فهي تستفيد من الطيف الكهرومغناطيسي، وبشكل خاص الأطوال الموجية التي تتجاوز نطاق الضوء المرئي، والتي تتراوح بين 650nm و950nm. ولأنها قادرة على اختراق الأجسام المعقدة، توفر صوراً تفصيلية في ظروف مختلفة.

تستخدم تصوير NIR مبادئ حركة الموجة المستمرة، مما تقدم منحنى حساسية فريدًا يُظهر الأشياء البعيدة بوضوح. مقارنةً بالطرق التقليدية للتصوير، لا يعتمد تصوير NIR على اللون، مما يعني أنه يمكنه تقديم صور ذات تباين عالٍ، مما يجعلها أسهل للمراقبين البشر في التفسير.

إحدى الفوائد الرئيسية لتصوير NIR هي قدرته على اختراق بعض المواد مثل البلاستيك والأنسجة البشرية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأنظمة تصوير NIR العمل بكفاءة في ظروف الإضاءة المنخفضة، مع حساسية جيدة وقدرات دقة عالية.

ومع ذلك، فإن تصوير NIR يواجه أيضًا بعض التحديات. على سبيل المثال، قد لا تكون الأجسام ذات الطول الموجي الذي يتعدى 700nm إلى 1000nm مرئية لـ وحدة كاميرا NIR . بالإضافة إلى ذلك، بسبب نقص الإضاءة المحيطة، قد يتطلب تصوير NIR مصادر إضاءة إضافية في السيناريوهات الليلية.

كيف يتم تحقيق تصوير NIR؟

تحقيق تصوير الطيف القريب تحت الأحمر يظهر التقدم في تقنية المستشعرات وفهم الطيف الكهرومغناطيسي. يتم تحقيق تصوير NIR من خلال كاميرات متخصصة حساسة لمدى قريب تحت الأحمر القريب من الطيف المرئي. ويغطي الطول الموجي الذي يتجاوز نطاق الضوء الأحمر المرئي، والذي يبلغ حوالي 700 نانومتر، حتى 950 نانومتر.

تُصمم كاميرات NIR، مثل تلك المستخدمة لرؤية الليل أو مراقبة الحركة المرورية، مع مستشعرات شديدة الحساسية لنطاق قريب تحت الأحمر. تقليديًا، مستشعرات CCD كانت تُستخدم للتصوير بالقرب تحت الأحمر، لكن ظهور تقنية CMOS قد ثورة المجال. تتميز مستشعرات CMOS بحساسية أكبر في نطاق قريب تحت الأحمر، خاصة فوق 850 نانومتر، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة وأكثر ملاءمة لعدد أوسع من التطبيقات.

لتحقيق تصوير NIR، يتم تجهيز الكاميرات عادةً بطبقة أساسية أسمك، والتي تكون أكثر حساسية لطيف الأشعة تحت الحمراء القريبة مقارنة بطيف الضوء المرئي. هذا يسمح بالتقاط صور ذات جودة عالية حتى في ظروف الإضاءة المنخفضة للغاية. يتضمن العملية الخطوات التالية:

• التقاط الضوء: تُركب الكاميرات الخاصة بـNIR مع عدسات تركز ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة على مستشعر الكاميرا.
• استجابة المستشعر: يقوم المستشعر داخل الكاميرا بتحويل الضوء الملتقط إلى إشارات كهربائية.
• معالجة الصورة: ثم تُعالج الإشارات الكهربائية لإنشاء صورة رقمية يمكن تحليلها أو عرضها.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين جودة تصوير NIR بشكل كبير باستخدام تقنيات وحيل معينة. على سبيل المثال، يمكن أن تعزز مضاعفات الصور قدرة الكاميرا على التقاط صور قابلة للاستخدام في ظروف الإضاءة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لاستخدام الفلاتر أن يساعد في منع الطول الموجي غير المرغوب فيه، مما يضمن أن الكاميرا تكتشف فقط الأشعة تحت الحمراء القريبة ذات الصلة بالتطبيق الحالي.

زيادة الطلب على تصوير الطيف القريب من تحت الأحمر

وفقًا لأبحاث السوق الأخيرة، فإن سوق تصوير الطيف القريب من تحت الأحمر في ازدياد. فقد ضاعف حجم السوق تقريبًا من حوالي 285 مليون دولار في عام 2019 ومن المتوقع أن يصل إلى 485 مليون دولار بحلول عام 2030. يمكن نسب هذا النمو إلى زيادة تبني تقنية الطيف القريب من تحت الأحمر في الرعاية الصحية والأمان والزراعة والتفتيش الصناعي.

كيف تعمل كاميرات الطيف القريب من تحت الأحمر؟

تُصمم كاميرات NIR لاكتشاف ومعالجة الضوء ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، عادةً بين 700nm و1000nm. يتم تحقيق ذلك من خلال مستشعرات متخصصة تكون أكثر حساسية للضوء تحت الحمراء مقارنة بالضوء المرئي. الكفاءة الكمية العالية (QE) لهذه المستشعرات تضمن تحويل معظم الفوتونات الواصلة إلى إلكترونات، والتي يتم بعد ذلك معالجتها إلى صور قابلة للاستخدام. تعتبر الكفاءة الكمية معلمة رئيسية لأداء كاميرات NIR. فهي تقيس قدرة الكاميرا على تحويل الفوتونات الواصلة إلى إشارات كهربائية قابلة للكشف. تعني كفاءة كمية أعلى جودة صورة أفضل، حتى في ظروف الإضاءة المنخفضة.

بعد أن يتم التقاط ضوء NIR بواسطة مستشعر الكاميرا، يخضع لمجموعة من خطوات معالجة الصور. قد تشمل هذه الخطوات تقليل الضوضاء، وتحسين التباين، وتصحيح الألوان. يمكن أيضًا استخدام خوارزميات معالجة صور متقدمة لاستخراج معلومات معينة أو تحسين وضوح بعض الخصائص في الصورة.

تستخدم كاميرات NIR عادةً مرشحات الألوان لتحسين جودة الصور الملتقطة. على سبيل المثال، يمكن استخدام مرشحات الألوان RGB لتقليل تعقيد اختيار لوحة الألوان وتحسين دقة الألوان. ومع ذلك، في تصوير NIR، يمكن ضبط هذه المرشحات أو استبدالها بمرشحات تمرير الأشعة تحت الحمراء لتمكين المزيد من الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء من الوصول إلى المستشعر، مما يؤدي إلى صور أكثر وضوحًا.

التحكم الصحيح في التعرض أمر حيوي لالتقاط صور NIR عالية الجودة. يمكن أن يؤدي التعرض الزائد إلى غسل الصورة، بينما يؤدي التعرض الناقص إلى ظهور صور مليئة بالضوضاء أو مظلمة. عادةً ما تحتوي كاميرات NIR على ميزات تعرض تلقائي تقوم بضبط وقت التعرض وفتحة العدسة للحصول على أفضل صورة في ظروف الإضاءة المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، الحفاظ على نسبة العرض المناسبة يضمن تقليل تشوه الصورة، وهو أمر أساسي للتحليل والتفسير الدقيق.

التقاط الصور بتنسيق RAW يوفر مرونة أكبر في التعديل بعد التصوير لأنه يحافظ على المزيد من بيانات الصورة الأصلية. هذا مفيد بشكل خاص في تصوير NIR، حيث غالباً ما تتطلب التحليلات جودة صورة عالية قدر الإمكان. استخدام مرشحات IR عالية الجودة يمكن أن يعزز وضوح الصورة عن طريق حجب أطوال الموجات الضوئية غير المرغوب فيها.

التطبيقات الشائعة لكاميرات NIR

البحث والتطوير (R&D)

في قطاع البحث والتطوير، تعد كاميرات NIR ذات قيمة لا تقدر بثمن لتحليل المواد التي لها خصائص طيفية فريدة في نطاق NIR. فهي تساعد العلماء والباحثين على تحديد وكمية المواد المحددة، وهو أمر بالغ الأهمية لتطوير الأدوية، وتحليل الكيميائيات، وعلم المواد.

القياس البيولوجي وتحكم الوصول

تلعب تقنية NIR دوراً هاماً في أنظمة القياس البيولوجي، خاصة في التعرف على القزحية. يمكن للتقنية التقاط صور تفصيلية تحت ظروف الإضاءة المختلفة، مما يجعلها الخيار المثالي لتطبيقات التحكم في الوصول الآمن.

التطبيقات الصناعية

في قطاع الصناعة، تُستخدم كاميرات NIR للتحكم في الجودة، وفحص المنتجات بحثًا عن العيوب أو الأجسام الغريبة، ومراقبة العمليات التصنيعية. كما يمكن استخدامها في الزراعة لتقييم صحة المحاصيل والتنبؤ بالإنتاج.

سينوسين: شريكك لتصوير NIR

تتمتع سينوسين بخبرة تزيد على 14 عامًا في مجال الرؤية المدمجة، مع فريق محترف قدم دعمًا متخصصًا للكاميرات الخاصة بتصوير NIR لأكثر من 50 عميلًا. إذا كنت بحاجة إلى دمج كاميرا مناسبة لتصوير NIR ، لا تتردد في التواصل معنا، وسنقدم لك أفضل خدمة مخصصة شاملة بأعلى مستوى من الاحترافية.