15.04.2025
可見光譜以外的影像捕捉
利用 SWIR 和 UV 相機拓展光學檢測的可能性
基礎知識
說到工業影像處理應用，人們通常會想到檢測人眼可見的特徵。大多數工業相機工作在可見光範圍（380nm-780nm），並且在近紅外線範圍具有足夠的靈敏度。
檢測該範圍之外的波長，可以發現人眼和傳統相機無法發現的物體特徵和特性。
可見光範圍以下的波長被稱為紫外線或紫外線輻射（UV，380 nm - 100 nm）。波長在 780 nm以上的屬於紅外線範圍，1000 nm以下的為近紅外線（NIR），高達 1700 nm 的範圍稱為短波紅外線（SWIR）。
電磁波譜和 SWIR 波長
使用合適的影像感測器，檢測光譜可以擴展到紫外線到短波紅外線範圍。
紫外線範圍內的影像捕捉
半導體行業應用案例
紫外線範圍內的眾多應用之一是晶片檢測。微小的半導體結構需要更高的相機解析度進行檢測。在捕捉玻璃和塑膠等材料的圖像時，如果使用標準相機，它們看起來是透明或半透明的。但是，它們的半透明性在紫外光譜下會發生變化，因此可以使用紫外線成像技術識別這些材料。巴魯夫相機採用最新的感測器技術，利用短波長紫外線實現高解析度細節，從而滿足了這些要求。
隨著Sony IMX487 感測器在 Pregius S 系列中的推出，可見光譜的範圍擴大到包括低至 200 nm的紫外線範圍。該感測器具有 810 MPixel的高解析度，可在此光譜範圍內拍攝出非常細膩的影像。
紫外線感測器特點：
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成像传感器 |
索尼 IMX487 |
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传感器类型 |
2/3" 全局快门 CMOS |
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分辨率 |
810 万像素（2856 x 2848 像素） |
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像素尺寸 |
2.74 微米 |
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帧频 ADC 8 位 |
194 帧/秒 |
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帧频 ADC 10 位 |
193 帧/秒 |
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帧速率 ADC 12 位 |
127 帧/秒 |
SWIR影像處理
短波紅外範圍線（簡稱 SWIR）內的影像處理在檢測、分類和品質控制中變得越來越重要。SWIR 指 800 nm到 1700 nm的短波紅外線範圍，有時也指 1000 nm到 1700 nm的近紅外線 (NIR) 以上範圍。更長的波長也被稱為熱輻射，它也是由物體本身發出的。
SWIR 光譜的性質與可見光更相似，物體會反射或吸收光子。由於在 SWIR 範圍內具有特殊的吸收特性，因此可以檢測食品（尤其是農產品）以及不透明塑膠容器中的填充液位。SWIR 感測器在監控任務中也具有優勢，因為即使在煙霧中也能輕鬆識別相關物體。SWIR 感測器還可用於半導體檢測，因為矽在 SWIR 光下是呈現透明狀態。
Sony SWIR 系列感測器（IMX990、IMX991、IMX992 和 IMX993）獨特地將可見光和 SWIR 波長（400 nm 至 1700 nm）的檢測結合在一起。同時，由於採用了特殊的黏合技術，實現了更低的像素間距和更小的像素尺寸。
這代表在此波長範圍內可以實現高解析度相機和更精確的檢測系統。
SWIR 感測器概述
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成像传感器 |
索尼 IMX991 |
索尼 IMX990 |
索尼 IMX993 |
索尼 IMX992 |
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传感器类型 |
1/4" 全局快门 CMOS |
1/2" 全局快门 CMOS |
1/1.8" 全局快门 CMOS |
1/1.4" 全局快门 CMOS |
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分辨率 |
0.34 MP（656 x 520 像素） |
134 万像素（1296 x 1032 像素） |
320 万像素（2080 x 1544 像素） |
530 万像素（2592 x 2056 像素） |
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像素尺寸 |
5 微米 |
5 微米 |
3.45 微米 |
3.45 微米 |
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帧频 ADC 8 位 |
258 帧/秒 |
134 帧/秒 |
170 帧/秒 |
130 帧/秒 |
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帧频 ADC 10 位 |
240 帧/秒 |
125 帧/秒 |
150 帧/秒 |
120 帧/秒 |
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帧频 ADC 12 位 |
137 帧/秒 |
71 帧/秒 |
90 帧/秒 |
70 帧/秒 |
新功能
HCG（高轉換增益）/LCG（低轉換增益）功能：將光轉換為電訊號後立即放大訊號的切換功能，減少後續雜訊，並能夠在低光照條件下捕捉低雜訊影像。
DRRS（雙讀滾動快門）功能：將雜訊降低至未使用 DRRS 時通常觀察到的雜訊等級的約 1/4，這樣能夠捕捉到雜訊較低的影像。
相機的其他優點
低功耗：例如，配備 IMX991 感測器的 BVS CA-GX0 GigE 相機僅消耗約2.9 W的功率。
相機冷卻選項：散熱片、冷卻管和熱電冷卻 (TEC) 型，適用於苛刻的環境和應用。
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我們現有的 GigE 相機平台使得 SWIR 和 UV 技術的使用變得特別容易。與現有的工業相機相比，無需改變現有工業相機的整合和處理，即可受益於 GigE Vision 和 GenICam 相容性。
GigEBVS CA-GX0 系列 |
5GigEBVS CA-GV 系列 |
10GigEBVS CA-GT 系列 |
25GigEBVS CA-GW 系列 |
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可擴展的機器視覺介面 機械和電氣特性的最大可配置性、高達 31.5 MP 的最大感測器選擇、各種數位輸入和輸出、具有多種安裝選項的精巧型外殼、用於 GigE 和 I/O 介面的 M12 工業連接器、可選 IP67 外殼。 |
外型小巧，最低功耗 外型小巧（29 × 29 mm），由於功耗最低，因此散熱性能最佳，使用 PoE 透過一根電纜供電和傳輸資料，向後相容 2.5 GigE和 1 GigE介面，可選擇為大型感測器配備更大的鏡頭支架。 |
高速傳輸速率和卓越的影像品質 符合 IEEE1588 標準的精確時間協議 (PTP) 實現精確同步，使用 PoE+ 透過一根電纜實現供電和資料傳輸，整合相機冷卻系統，鏡頭架有 C 型和 M42 型可選，透過標準光纖 SFP+ 實現10 GigE連接，多核採集優化器 (MAO)，1245 MB/s，無圖像丟失。 |
所有方面的最高性能 使用 RoCE v2 協議實現低延遲、高輸送量資料傳輸，透過 GigE Vision 標準輕鬆實現，標準 SFP28 光纖連接技術實現經濟高效的長距離連接，外型小巧（40 x 40 mm），可為大型感測器選配更大的鏡頭支架。 |
| 前往相機 | 前往相機 | 前往相機 | 前往相機 |
USB 3 - BVS CA-SF 系列
隨插即用的高性能
高品質 CMOS 感測器，解析度高達 31.5 MP，每像素高達12 位元，內部即時影像預處理，用於即時序列的流量控制，廣泛的隨插即用介面，由於 USB3 Vision 標準和 GenICam 的硬體和軟體相容性，也可作為板級相機。
應用案例
例如，SWIR 光譜可用於檢測農產品或不透明塑膠容器中的填充液位。SWIR 感測器還具有監控任務的優勢，因為即使在煙霧中也能輕鬆識別要檢測的物體。
例如，在食品工業中，SWIR 相機可用於檢測食品中的異物。
左：可见光谱 | 右：SWIR
由於矽在 SWIR 光譜中是透明的，因此 SWIR 相機也被用於半導體行業，以檢測損壞和生產缺陷。
左：可见光谱 | 右：SWIR
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Industrial cameras with SWIR and UV sensors