دوربین‌های نزدیک فروسرخ: چیست؟ چگونه کار می‌کند؟

تصویربرداری NIR یک فناوری پیشرفته است که دیدگاه‌های منحصر به فردی در بازه طول موج 650nm تا 950nm ارائه می‌دهد. برخلاف تصویربرداری نور مرئی، تصویربرداری NIR کمتر تحت تأثیر تغییرات رنگ قرار می‌گیرد و این امکان را فراهم می‌کند که هر نوع شیء را با دقت بالا ببینیم. این ویژگی خاص، تصویربرداری NIR را به یک فناوری پیشگام در بسیاری از زمینه‌ها، از تشخیص پزشکی تا کنترل کیفیت صنعتی، تبدیل کرده است.

چیست فناوری تصویربرداری NIR؟

فناوری تصویربرداری NIR یک پیشرفت مهم در حوزه تصویربرداری نوری است. این فناوری از طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌کند، به طور خاص طول‌های موجی که فراتر از طیف نور مرئی قرار دارند، از 650nm تا 950nm. قادر به نفوذ در اشیاء پیچیده است و تصاویر جزئی را در شرایط مختلف ارائه می‌دهد.

تصویربرداری NIR از اصول موج پیوسته استفاده می‌کند و منحنی حساسیت منحصر به فردی ارائه می‌دهد که اجسام دور را به طور واضح نمایش می‌دهد. در مقایسه با روش‌های تصویربرداری سنتی، تصویربرداری NIR وابسته به رنگ نیست، یعنی می‌تواند تصاویر با تضاد بالا ارائه دهد که آن‌ها را برای مشاهده توسط بیننده‌های انسانی آسان‌تر می‌کند.

یکی از مزایای اصلی تصویربرداری NIR، تواناییetration از برخی مواد مانند پلاستیک‌ها و بافت‌های بدن انسان است. علاوه بر این، سیستم‌های تصویربرداری NIR می‌توانند در شرایط نورپردازی کم، با حساسیت خوب و توانایی‌های با قدرت تفکیک بالا عمل کنند.

با این حال، تصویربرداری NIR نیز با چالش‌هایی روبرو است. به عنوان مثال، اجسامی که طول موج آن‌ها بیشتر از 700nm تا 1000nm است ممکن است به چشم ماژول دوربین NIR نماینده نشوند. علاوه بر این، به دلیل کمبود نور محیطی، تصویربرداری NIR ممکن است در سناریوهای شب نیازمند منابع نور اضافی باشد.

تصویربرداری NIR چگونه انجام می‌شود؟

حقیقتاً تصویربرداری در ناحیه نور مرئی فراقرمز (NIR) پیشرفت فناوری حسگرها و درک ما از طیف الکترومغناطیسی را نشان می‌دهد. تصویربرداری NIR با استفاده از دوربین‌های تخصصی که به نور فراقرمز نزدیک به طیف مرئی حساس هستند، انجام می‌شود. این طول موج‌ها فراتر از دامنه نور قرمز مرئی، که حدود 700nm است، تا 950nm ادامه می‌یابد.

دوربین‌های NIR، مانند آن‌هایی که برای بینایی شب یا نظارت بر ترافیک استفاده می‌شوند، با حسگرهایی طراحی شده‌اند که به طیف فراقرمز نزدیک بسیار حساس هستند. سنتاً، حسگرهای CCD برای تصویربرداری NIR استفاده می‌شدند، اما ظهور فناوری CMOS زمینه را برای انقلاب در این حوزه فراهم آورده است. حسگرهای CMOS حساسیت بیشتری در دامنه فراقرمز نزدیک، به ویژه بالاتر از 850nm، نشان می‌دهند که آن‌ها را ارزان‌تر و مناسب‌تر برای محدوده گسترده‌ای از کاربردها می‌کند.

برای دستیابی به تصویربرداری NIR، دوربین‌ها معمولاً با لایه پایه ای ضخیم‌تر مجهز می‌شوند که نسبت به طیف قابل مشاهده، حساس‌تر به طیف نزدیک فروسرخ است. این امکان به تصویر برداری کیفیت بالا حتی در شرایط نور Ambient بسیار کم اجازه می‌دهد. فرآیند شامل مراحل زیر است:

• گرفتن نور: دوربین‌های NIR با عدسی‌هایی مجهز هستند که نور نزدیک فروسرخ را بر روی سنسور دوربین تمرکز می‌دهند.
• پاسخ سنسور: سنسور داخل دوربین نور گرفته شده را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند.
• پردازش تصویر: سپس سیگنال‌های الکتریکی پردازش می‌شوند تا تصویر دیجیتالی ایجاد شود که می‌تواند تجزیه و تحلیل یا نمایش داده شود.

علاوه بر این، کیفیت تصویربرداری NIR می‌تواند با استفاده از تکنیک‌ها و ترفند‌های خاص به طور قابل توجهی افزایش یابد. به عنوان مثال، مقوی‌کننده‌های تصویر می‌توانند توانایی دوربین در گرفتن تصاویر قابل استفاده تحت شرایط نور کم را افزایش دهند. همچنین، استفاده از فیلترها می‌تواند کمک کند تا طول‌های موج غیرمرغوب بلوک شوند و اطمینان حاصل شود که دوربین فقط نور نزدیک فروسرخ مرتبط با کاربرد فعلی را تشخیص دهد.

افزایش تقاضا برای تصویربرداری نیروی کم نزدیک (NIR)

بر اساس تحقیقات بازار اخیر، بازار تصویربرداری NIR در حال رشد است. اندازه بازار از حدود 285 میلیون دلار در سال 2019 دو برابر شده و تا سال 2030 به 485 میلیون دلار رسیدن پیش‌بینی می‌شود. این رشد به دلیل افزایش استفاده از فناوری NIR در علوم بهداشتی، امنیت، کشاورزی و بازرسی صنعتی است.

دوربین‌های NIR چگونه کار می‌کنند؟

دوربین‌های نیروی کوتاه فروسرخ (NIR) طراحی شده‌اند تا نور در دامنه فروسرخ نزدیک، معمولاً بین 700nm تا 1000nm، را تشخیص دهند و پردازش کنند. این کار از طریق حسگرهای تخصصی انجام می‌شود که به نور فروسرخ نسبت به نور قابل دید حساس‌تر هستند. کارایی کوانتومی بالا (QE) این حسگرها تضمین می‌کند که اکثر فوتون‌های ورودی به الکترون‌ها تبدیل شوند که سپس به تصاویر قابل استفاده تبدیل می‌شوند. کارایی کوانتومی یک پارامتر کلیدی برای عملکرد دوربین فروسرخ نزدیک است. این پارامتر توانایی دوربین در تبدیل فوتون‌های ورودی به سیگنال‌های الکتریکی قابل تشخیص را اندازه‌گیری می‌کند. کارایی کوانتومی بالاتر به معنای کیفیت تصویر بهتر حتی در شرایط نورپردازی کم است.

بعد از اینکه نور فروسرخ نزدیک توسط حسگر دوربین جمع آوری می‌شود، آن را مراحل مختلفی از پردازش تصویر عبور می‌دهند. این مراحل ممکن است شامل کاهش نوفه، افزایش تضاد و اصلاح رنگ باشند. الگوریتم‌های پیشرفته پردازش تصویر نیز می‌توانند برای استخراج اطلاعات خاص یا افزایش قابلیت دید ویژگی‌های خاص در تصویر استفاده شوند.

دوربین‌های NIR معمولاً از فیلترهای رنگی برای بهبود کیفیت تصاویر ضبط شده استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، فیلترهای رنگی RGB می‌توانند برای ساده‌سازی انتخاب پالیت و بهبود دقت رنگ استفاده شوند. با این حال، در تصویربرداری NIR، این فیلترها می‌توانند تنظیم یا جایگزینی شوند با فیلترهای عبور نور فروسرخ تا بیشترین مقدار نور فروسرخ نزدیک به حسگر برسد، که منجر به تصاویر واضح‌تر می‌شود.

کنترل صحیح عرضه نور برای ضبط تصاویر NIR با کیفیت بالا اهمیت دارد. عرضه نور بیش از حد می‌تواند منجر به شسته شدن تصویر شود، در حالی که کمبود عرضه نور می‌تواند منجر به تصاویر نویزدار یا تاریک شود. دوربین‌های NIR معمولاً ویژگی‌های عرضه نور خودکار دارند که زمان عرضه نور و دیافراگم را برای دستیابی به بهترین تصویر تحت شرایط نورپردازی مختلف تنظیم می‌کنند. علاوه بر این، حفظ نسبت طول و عرض صحیح اطمینان می‌دهد که تحریف تصویر به حداقل برسد، که برای تحلیل و تفسیر دقیق ضروری است.

گرفتن تصاویر به فرمت RAW انعطاف‌پذیری بیشتری در پس‌پردازش ارائه می‌دهد زیرا بیشتر داده‌های تصویر اصلی را حفظ می‌کند. این موضوع به ویژه در تصویربرداری NIR مفید است، که تحلیل آن اغلب نیازمند کیفیت تصویر بالاترین ممکن است. استفاده از فیلترهای IR با کیفیت بالا همچنین می‌تواند با جلوگیری از طول‌های موج نور غیرمرغوب، وضوح تصویر را افزایش دهد.

کاربردهای متداول دوربین‌های NIR

تحقیق و توسعه (R&D)

در بخش تحقیق و توسعه، دوربین‌های NIR برای تجزیه و تحلیل مواد با ویژگی‌های طیفی NIR منحصربه‌فرد ارزشمند هستند. آنها دانشمندان و محققان را در شناسایی و سنجش مواد خاص که برای توسعه داروها، تحلیل شیمیایی و علوم مواد ضروری است، یاری می‌رسانند.

بیومتریک و کنترل دسترسی

فن آوری NIR نقش مهمی در سیستم‌های بیومتریک ایفا می‌کند، به ویژه در شناخت قزاقچه چشم. این فناوری قادر است تصاویر دقیق را تحت شرایط نوری مختلفی به دست آورد، که آن را انتخاب مناسبی برای برنامه‌های کنترل دسترسی امن می‌کند.

کاربردهای صنعتی

در بخش صنعتی، دوربین‌های NIR برای کنترل کیفیت، بررسی محصولات به دنبال عیوب یا اشیاء خارجی و نظارت بر فرآیندهای تولید استفاده می‌شوند. آنها همچنین می‌توانند در کشاورزی برای ارزیابی سلامت محصولات و پیش‌بینی عملکرد استفاده شوند.

سینوسین: همکار شما برای تصویربرداری NIR

سینوسین بیش از ۱۴ سال سابقه و تخصص در حوزه دید مbeded دارد و با یک تیم حرفه‌ای که پشتیبانی اختصاصی دوربین NIR را برای بیش از ۵۰ مشتری ارائه کرده است، فعالیت می‌کند. اگر نیاز به ادغام دوربین مناسب برای تصویربرداری NIR داشته باشید، از ما تماس بگیرید و ما خدمات سفارشی حرفه‌ای یکپارچه‌ای را برای شما ارائه خواهیم داد.