Máy ảnh hồng ngoại cận: Nó là gì? Hoạt động như thế nào?

Chụp ảnh NIR là một công nghệ tiên tiến cung cấp góc nhìn độc đáo trong dải bước sóng từ 650nm đến 950nm. Khác với chụp ảnh ánh sáng khả kiến, NIR ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi màu sắc, cho phép hiển thị chính xác cao của bất kỳ đối tượng nào. Đặc điểm nổi bật này khiến chụp ảnh NIR trở thành công nghệ tiên phong trong nhiều lĩnh vực, từ chẩn đoán y tế đến kiểm soát chất lượng công nghiệp.

Công nghệ chụp ảnh NIR là gì?

Công nghệ chụp ảnh NIR đánh dấu một bước tiến lớn trong lĩnh vực chụp ảnh quang học. Nó sử dụng phổ điện từ, cụ thể là các bước sóng vượt quá phạm vi ánh sáng khả kiến, dao động từ 650nm đến 950nm. Có khả năng xuyên qua các vật thể phức tạp, nó cung cấp hình ảnh chi tiết dưới nhiều điều kiện khác nhau.

Chụp ảnh NIR sử dụng nguyên lý sóng liên tục, cung cấp một đường cong độ nhạy độc đáo có thể hiển thị rõ ràng các vật thể ở xa. So với các phương pháp chụp ảnh truyền thống, chụp ảnh NIR không phụ thuộc vào màu sắc, nghĩa là nó có thể cung cấp các hình ảnh có độ tương phản cao, giúp người quan sát dễ dàng giải thích hơn.

Một trong những lợi thế chính của chụp ảnh NIR là khả năng thâm nhập qua một số vật liệu như nhựa và mô người. Ngoài ra, hệ thống chụp ảnh NIR có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng yếu, với độ nhạy tốt và khả năng phân giải cao.

Tuy nhiên, chụp ảnh NIR cũng gặp phải một số thách thức. Ví dụ, các vật thể có bước sóng vượt quá 700nm đến 1000nm có thể không nhìn thấy được bởi mô-đun máy ảnh NIR . Hơn nữa, do thiếu ánh sáng môi trường, chụp ảnh NIR có thể cần thêm nguồn sáng trong các tình huống ban đêm.

Chụp ảnh NIR được thực hiện như thế nào?

Việc thực hiện chụp ảnh NIR cho thấy sự tiến bộ trong công nghệ cảm biến và sự hiểu biết về phổ điện từ. Chụp ảnh NIR được thực hiện thông qua các camera chuyên dụng nhạy với dải gần hồng ngoại gần phổ khả kiến. Nó bao gồm các bước sóng nằm ngoài phạm vi ánh sáng đỏ khả kiến, khoảng 700nm, đến 950nm.

Camera NIR, như những camera được sử dụng cho tầm nhìn ban đêm hoặc giám sát giao thông, được thiết kế với các cảm biến có độ nhạy cao đối với phổ gần hồng ngoại. Truyền thống, cảm biến CCD được sử dụng cho việc chụp ảnh NIR, nhưng sự xuất hiện của công nghệ CMOS đã cách mạng hóa lĩnh vực này. Cảm biến CMOS thể hiện độ nhạy cao hơn trong dải gần hồng ngoại, đặc biệt là trên 850nm, khiến chúng tiết kiệm chi phí hơn và phù hợp với phạm vi ứng dụng rộng hơn.

Để đạt được hình ảnh NIR, các camera thường được trang bị lớp nền dày hơn, nhạy hơn với dải quang phổ hồng ngoại gần so với dải quang phổ khả kiến. Điều này cho phép chụp những hình ảnh chất lượng cao ngay cả trong điều kiện ánh sáng môi trường cực thấp. Quy trình bao gồm các bước sau:

• Chụp ánh sáng: Các camera NIR được trang bị ống kính tập trung ánh sáng hồng ngoại gần lên cảm biến của camera.
• Phản ứng của cảm biến: Cảm biến bên trong camera chuyển đổi ánh sáng đã chụp thành tín hiệu điện.
• Xử lý hình ảnh: Tín hiệu điện sau đó được xử lý để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số có thể phân tích hoặc hiển thị.

Hơn nữa, chất lượng của hình ảnh NIR có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng các kỹ thuật và mẹo cụ thể. Ví dụ, bộ tăng cường hình ảnh có thể nâng cao khả năng chụp ảnh của camera trong điều kiện ánh sáng yếu. Ngoài ra, việc sử dụng các bộ lọc có thể giúp chặn các bước sóng không mong muốn, đảm bảo rằng camera chỉ phát hiện ánh sáng hồng ngoại gần liên quan đến ứng dụng hiện tại.

Nhu cầu ngày càng tăng đối với hình ảnh NIR

Theo nghiên cứu thị trường gần đây, thị trường hình ảnh NIR đang có xu hướng tăng trưởng. Kích thước thị trường đã tăng gấp đôi từ khoảng 285 triệu USD vào năm 2019 và dự kiến sẽ đạt 485 triệu USD vào năm 2030. Sự tăng trưởng này có thể归 nhân tố đến việc áp dụng công nghệ NIR ngày càng nhiều trong y tế, an ninh, nông nghiệp và kiểm tra công nghiệp.

Camera NIR hoạt động như thế nào?

Camera NIR được thiết kế để phát hiện và xử lý ánh sáng trong dải hồng ngoại cận, thường nằm trong khoảng 700nm đến 1000nm. Điều này được thực hiện thông qua các cảm biến chuyên dụng nhạy hơn với ánh sáng hồng ngoại so với ánh sáng khả kiến. Hiệu suất lượng tử cao (QE) của các cảm biến này đảm bảo rằng phần lớn photon tới sẽ được chuyển đổi thành electron, sau đó được xử lý thành hình ảnh có thể sử dụng. Hiệu suất lượng tử là một thông số quan trọng đối với hiệu suất của camera NIR. Nó đo lường khả năng của camera trong việc chuyển đổi photon tới thành tín hiệu điện có thể phát hiện. QE cao hơn có nghĩa là chất lượng hình ảnh tốt hơn, ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu.

Sau khi ánh sáng NIR được bắt bởi cảm biến của camera, nó sẽ trải qua một loạt các bước xử lý hình ảnh. Các bước này có thể bao gồm giảm nhiễu, tăng cường độ tương phản và hiệu chỉnh màu sắc. Các thuật toán xử lý hình ảnh tiên tiến cũng có thể được sử dụng để trích xuất thông tin cụ thể hoặc tăng cường khả năng nhìn thấy của một số đặc điểm nhất định trong hình ảnh.

Camera NIR thường sử dụng bộ lọc màu để cải thiện chất lượng của hình ảnh được chụp. Ví dụ, bộ lọc màu RGB có thể được sử dụng để đơn giản hóa việc chọn bảng màu và cải thiện độ chính xác của màu sắc. Tuy nhiên, trong chụp ảnh NIR, các bộ lọc này có thể được điều chỉnh hoặc thay thế bằng bộ lọc cho qua tia hồng ngoại để cho phép nhiều ánh sáng hồng ngoại gần đến cảm biến hơn, dẫn đến hình ảnh rõ ràng hơn.

Việc kiểm soát phơi sáng đúng cách là rất quan trọng để chụp được hình ảnh NIR chất lượng cao. Phơi sáng quá mức có thể khiến hình ảnh bị tràn sáng, trong khi phơi sáng không đủ có thể dẫn đến hình ảnh nhiễu hoặc tối. Camera NIR thường có tính năng phơi sáng tự động điều chỉnh thời gian phơi sáng và khẩu độ để đạt được hình ảnh tốt nhất trong các điều kiện ánh sáng khác nhau. Ngoài ra, duy trì tỷ lệ khung hình đúng giúp giảm thiểu méo hình, điều này rất quan trọng cho việc phân tích và giải thích chính xác.

Chụp ảnh ở định dạng RAW cung cấp tính linh hoạt cao hơn trong xử lý hậu kỳ vì nó bảo tồn nhiều dữ liệu hình ảnh gốc hơn. Điều này đặc biệt hữu ích trong chụp ảnh NIR, nơi mà phân tích thường yêu cầu chất lượng hình ảnh cao nhất có thể. Sử dụng các bộ lọc IR chất lượng cao cũng có thể tăng cường độ rõ nét của hình ảnh bằng cách chặn các bước sóng ánh sáng không mong muốn.

Các ứng dụng phổ biến của camera NIR

Nghiên cứu và Phát triển (R&D)

Trong lĩnh vực R&D, camera NIR rất quý giá để phân tích vật liệu có đặc trưng quang phổ NIR độc đáo. Chúng hỗ trợ các nhà khoa học và nhà nghiên cứu trong việc nhận diện và định lượng các chất cụ thể, điều này rất quan trọng cho phát triển thuốc, phân tích hóa học và khoa học vật liệu.

Sinh trắc học và Kiểm soát Truy cập

Công nghệ NIR đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sinh trắc học, đặc biệt là nhận dạng mống mắt. Công nghệ này có thể chụp được những hình ảnh chi tiết dưới nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng kiểm soát truy cập an toàn.

Ứng dụng công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, camera NIR được sử dụng để kiểm soát chất lượng, kiểm tra sản phẩm về các khuyết tật hoặc vật thể lạ, và giám sát quy trình sản xuất. Chúng cũng có thể được sử dụng trong nông nghiệp để đánh giá sức khỏe cây trồng và dự đoán năng suất.

Sinoseen: Đối tác của bạn cho giải pháp hình ảnh NIR

Sinoseen tự hào có hơn 14 năm kinh nghiệm và chuyên môn trong lĩnh vực thị giác nhúng, với một đội ngũ chuyên nghiệp đã cung cấp hỗ trợ camera NIR chuyên dụng cho hơn 50+ khách hàng. Nếu bạn cần tích hợp một camera phù hợp cho hình ảnh NIR , hãy liên hệ với chúng tôi, và chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn dịch vụ tùy chỉnh trọn gói chuyên nghiệp nhất.