短波红外与长波红外工业相机：机器视觉的“透视眼”与“温度计”

在工业制造的精密赛道上，“看得见”是质量把控的第一道防线。从半导体芯片的微痕检测到新能源电池的热失控预警，从钢铁冶金的温度监控到食品医药的封装筛查，总有一双双“火眼金睛”在幕后坚守。这其中，红外工业相机凭借对“不可见光”的捕捉能力，成为众多场景的核心装备。而在红外相机家族中，短波红外（SWIR）工业相机和长波红外（LWIR）工业相机如同两大王牌，在原理和应用上各有千秋，正成为工业领域不可或缺的检测工具。

01 红外光谱

通常情况下，人眼可见范围仅为390nm-780nm的电磁波。波长超过780nm即被判定为红外光，成为连接可见光与微波之间的桥梁。

红外光根据波长不同，一般分为近红外、短波红外、中波红外和长波红外。

近红外是肉眼不可见的电磁波谱的一部分，成像不依赖于颜色，可高精度可视化任何物体。

短波红外范围在1050到2500nm之间，占据了近红外以上的电磁波谱。

而中波红外和长波红外则进入了“热红外”领域，波长分别达到3μm-5μm和7μm-14μm。

02 短波红外：材料的“透视眼镜”

短波红外成像与可见光成像类似，其光子由物体反射或吸收，从而提供高对比度影像信号。但由于传统硅基成像传感器无法感知1050nm以上的红外光，短波红外相机通常需要使用铟镓砷传感器。

短波红外最具特色的能力在于其“透视”特性。SWIR光可穿透不透明的塑料和玻璃，使得检测包装和容器内的污染情况成为可能。

典型应用

1. 半导体与电子制造

• 硅晶圆检测：硅在SWIR波段（特别是~1200nm）是透明的。可以直接对晶圆内部的电路、缺陷、裂纹进行成像，而可见光相机无法做到。
• 太阳能电池检测：用于检测太阳能电池片的微裂纹、隐裂和焊接缺陷，精准定位故障点。
• 芯片封装检测：可以看透某些塑料封装，检查内部的引线键合情况。

2. 农业与食品分选

• 农产品品质分选：利用水分在1450nm等波段有强烈吸收的特性，可以无损检测水果的瘀伤、腐烂、内部瑕疵（如果实黑心）和甜度。

• 水分含量检测：在线检测烟草、茶叶、木材、药品等物料的水分含量，确保品质。

3. 物料分选与回收

• 塑料分选：不同种类的塑料（如PET、PVC、PP）在SWIR波段有独特的光谱特征，机器可以据此高速、准确地分选回收物。
• 矿物识别：在矿业中，通过分析矿石的光谱特征来识别和分类不同矿物。

4. 特定激光观测

• 光纤通信激光检测：用于观察和调试1550nm等通信波段的光纤激光信号。
• 激光焊接监控：直接对加工用的红外激光光束进行成像，分析光斑质量和能量分布。

 03 长波红外：精准的“温度计”

长波红外相机被称为“热红外”相机，其成像是基于物体自身发出的红外辐射，完全不需要外部光源来成像。温度高于绝对零度的物体都会发出中波红外和长波红外波长的红外辐射，其数量与物体的温度成正比。

热成像聚焦并检测这种辐射，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，从而直观表示场景的热量分布。

长波红外相机主要专注于温度的测量。长波红外成像受气候条件影响小，具有穿透烟雾与尘埃的能力很强，能昼夜工作，因此可用于夜间侦察、预警、监视和民用领域的铁路监控等。

典型应用：

1. 工业预测性维护

• 电气设备检测：在故障发生前，检测配电柜、变压器、电缆接头等部位的异常过热，防止火灾和停机。
• 机械系统监测：检查轴承、马达、泵等旋转设备的温度，及时发现润滑不良或磨损问题。
• 过程监控：监控生产线上的产品温度，如在塑料挤出、玻璃制造和冶金行业中。

2. 建筑诊断

• 节能审计：检测建筑物的热量泄漏点、隔热层缺陷、门窗气密性以及地暖管道布局。
• 屋顶漏水检测：通过湿度不同导致的温差，定位平屋顶的漏水点。
• 查找墙体空鼓：空鼓部位与实心部位存在温差，可用于建筑质量检测。

3. 安防与监控

• 24小时监控：在完全无光、雨雪、薄雾等恶劣环境下，有效探测入侵的人或车辆。
• 搜索与救援：在森林、山地或夜间，通过体温快速定位失踪人员。
• 边防与海事：用于夜间边境巡逻和海上船只监控。

4. 汽车与交通

• 汽车夜视系统：帮助驾驶员在夜间看到远距离的行人、动物，提升驾驶安全。
• 交通监控：监测车辆（如刹车鼓）的过热情况，预防交通事故。

5. 消防与医疗

• 消防员火场救援：帮助消防员在浓烟中看清环境，定位火源和被困人员。
• 体温筛查与医疗诊断：用于机场、车站的发热人群筛查，以及在医学上辅助诊断炎症、血液循环等问题。

总结来说：

• 想分析“它是什么做的？” 或 “里面有什么？”，找SWIR。
• 想分析“它有多热？” 或 “在黑暗中它在哪？”，找热成像（LWIR）。

无论是短波红外的材料区分能力，还是长波红外的精准测温特性，它们都在工业自动化的浪潮中扮演着不可替代的角色，成为现代工业生产的“火眼金睛”。