Í nútíma vélsjón, iðnaðarskoðun og vísindalegri myndgreiningu gegnir innrauð tækni mikilvægu hlutverki við að gera kerfum kleift að „sjá handan“ sýnilegt ljós. Meðal mikið notaðra innrauða bönd eruNIR (nálægt-innrautt)ogSWIR (Short-Infrared). Þó að þeir séu oft flokkaðir undir sama "innrauða" flokk, þá bera eðliseiginleikar þeirra, myndhegðun og iðnaðarnotkun áberandi mun.
Að skilja muninn á milliNIRogSWIRer gagnlegt fyrir verkfræðinga, kerfissamþættara og ákvarðanatöku-sem þurfa að velja samsvarandi myndgreiningarlausnir fyrir forritin sín. Þessi grein veitir yfirgripsmikla, hagnýta útskýringu á báðum tækninni, þar á meðal bylgjulengdaeiginleikum, myndgreiningarreglum, kostum, takmörkunum og raunverulegum-heimsnotkunartilvikum.
1. Yfirlit: Hvað eru NIR og SWIR?
Innrautt ljós er hluti af rafsegulrófinu sem er staðsett rétt handan við sýnilegt ljós. Það er ósýnilegt mannsauga en hægt er að greina það með því að nota sérhæfða skynjara.
Hvað er NIR (Near-Infrared)?
NIR, eða Near-Infrared, vísar venjulega til bylgjulengdarsviðsins sem er um það bil 0,75 μm til 1,0–1,1 μm. Það er innrauða bandið sem er næst sýnilegu ljósi og deilir svipaðri sjónhegðun.
NIRmyndgreining er almennt notuð í-sjónkerfum með lítilli birtu, líffræðilega tölfræðigreiningu og almennri iðnaðarskoðun.
Hvað er SWIR (Short-Wave Infrared)?
SWIR, eða Short-Infrared, nær yfir lengra bylgjulengdarsvið, yfirleitt frá 1,0 μm til 2,5 μm, þar sem mörg iðnaðarkerfi einbeita sér að 0,9 μm til 1,7 μm vegna skynjaranæmis.
Samanborið viðNIR, SWIRljós hefur dýpri samskipti við efni og sýnir ekki aðeins yfirborðseiginleika heldur einnig innri samsetningu mun.
2. Grundvallarmunur á bylgjulengdarhegðun
Kjarni munurinn á milliNIRogSWIRliggur í bylgjulengd sem hefur bein áhrif á hvernig ljós hefur samskipti við hluti.
NIRbylgjulengdir eru styttri og hegða sér líkari sýnilegu ljósi. Þar af leiðandi,NIRmyndgreining fangar aðallega yfirborðsendurkast og birtubreytingar. Það virkar vel til að greina form, brúnir og andstæður við stýrðar birtuskilyrði.
SWIRbylgjulengdir eru lengri og geta komist í gegnum ákveðin efni á skilvirkari hátt. Þetta leyfirSWIRmyndgreiningarkerfi til að fanga upplýsingar sem hugsanlega eru ekki sýnilegar íNIReða venjulega innrauða myndgreiningu. Til dæmis,SWIRgetur sýnt rakainnihald, innri galla og mun á efnissamsetningu.
Í einföldu máli:
NIR= yfirborðs-spegilmynd
SWIR= dýpri efnisvíxlverkun og myndmyndun
3. Hugmyndafræði: HugleiðingVs. Frásog
NIRmyndgreining byggist fyrst og fremst á endurkastsmun. Mismunandi efni endurkasta nærri-innrauðu ljósi í mismiklum mæli, sem skapar andstæður í myndinni sem tekin er. Þetta er ástæðanNIRer almennt notað í forritum eins og andlitsgreiningu, þar sem lýsing er aukin með því að nota innrauða LED.
SWIRmyndgreining byggir hins vegar að miklu leyti á frásogseiginleikum efna. Mörg efni hegða sér öðruvísi íSWIRlitróf:
- Vatn dregur mjög í sigSWIRljós
- Sumt plast virðist gegnsætt eða hálf-gegnsætt
- Kísill verður gegnsætt undirSWIRbylgjulengdir
- Lífræn efni sýna mismunandi frásogsmynstur
Þetta gerirSWIRhentugur fyrir efnisgreiningu og gæðaskoðunarsviðsmyndir.
4. Umhverfisárangur: Þoka, reykur og lítið ljós
Einn af athyglisverðu mununum á milliNIRogSWIRer frammistaða þeirra í krefjandi umhverfi.
NIRFrammistaða
NIRkerfi standa sig vel við -lítil birtuskilyrði, sérstaklega þegar þau eru sameinuð með innrauðri lýsingu. Hins vegar er hæfni þeirra til að komast í gegnum þoku, reyk eða ryk takmörkuð. Myndgæði geta rýrnað verulega í úti eða erfiðu umhverfi.
SWIRFrammistaða
SWIRskilar bættri skarpskyggni í gegnum andrúmsloftsaðstæður eins og:
- Þoka
- Reyk
- Haze
- Þunn ský
Þetta er vegna þess að lengri bylgjulengdir dreifast minna en styttri bylgjulengdir. Þar af leiðandi,SWIRsér tíða notkun í eftirliti, geimmyndatöku og langdrægum athugunarkerfum þar sem skyggni er mikilvægur þáttur.
5. Efni auðkenningargeta
Einn af helstu styrkleikumSWIRmiðað viðNIRer hæfni þess til að bera kennsl á efni út frá litrófseiginleikum.
NIREfnisgreining
NIRpassar við grunnflokkunarverkefni eins og:
- Formgreining
- Edge viðurkenning
- Einföld hlutaflokkun
- Viðveru-/fjarvistaskoðun
Hins vegar hefur það takmarkaða getu til að greina svipað -útlitsefni.
SWIREfnisgreining
SWIRstendur sig vel í háþróaðri efnisgreiningu, svo sem:
- Plastflokkun (PET vs PVC vs PE)
- Greining á rakainnihaldi
- Gæðaskoðun matvæla (þroska, ferskleiki, ofþornun)
- Skoðun á hálfleiðara skífu
- Greining á gler- og húðunargöllum
Vegna þess aðSWIRhefur samskipti við sameinda titring, það veitir efnafræðilega-innsýn semNIRgetur ekki boðið.
Sýnileg mynd til vinstri,SWIRtil hægri.
Sýnileg mynd til vinstri, SWIR til hægri.
6. Skynjaratækni og kostnaðarmunur
Annar mikilvægur greinarmunur á NIR og SWIR liggur í skynjaratækni.
NIRSkynjarar
NIRMyndgreiningarkerfi nota venjulega staðlaða sílikon-byggða CMOS eða CCD skynjara. Þessir skynjarar eru víða fáanlegir, ódýrir-og mjög þroskaðir. Þetta gerirNIRlausnir á viðráðanlegu verði og auðvelt að samþætta þær í neytenda- og iðnaðartæki.
SWIRSkynjarar
SWIRmyndatöku krefst sérhæfðra efna eins og InGaAs (Indium Gallium Arsenide) skynjara. Þessir skynjarar bera hærri framleiðslukostnað og flókið framleiðsluferli.
Að auki,SWIRsjónkerfi þurfa oft:
- Sérhæfðar linsur
- Hitastýringarkerfi
- Nákvæm kvörðun
Þar af leiðandi,SWIRmyndavélar eru venjulega með hærri verðmiða enNIRkerfi. Hins vegar lækkar verð smám saman eftir því sem tækninni fleygir fram og framleiðslan eykst.
7. Iðnaðarumsóknir NIR vs SWIR
Bæði tæknin eru mikið notuð, en notkunarsvið þeirra eru mjög mismunandi.
Algengar NIR forrit
NIR er mikið notað í-kostnaðarviðkvæmum og almennum-kerfum, þar á meðal:
- Nætursjón og eftirlit
- Andlitsþekking og líffræðileg tölfræðikerfi
- Gróðurgreining landbúnaðar
- Grunn gæðaeftirlit í iðnaði
- Hreyfimælingar og vélsjónalýsing
NIR er æskilegt þegar hagkvæmni og einfaldleiki eru lykilatriði.
Algeng SWIR forrit
SWIR er notað í-afkastamiklum og nákvæmum-mikilvægum umhverfi:
- Skoðun á hálfleiðara skífu
- Háþróuð iðnaðar flokkunarkerfi
- Gæðaeftirlit matvæla og landbúnaðar
- Endurvinnsla plasts og efnisaðskilnaður
- Aerospace myndgreining
- Laser samskiptakerfi
Sýnileg mynd til vinstri, SWIR til hægri.
8. Kostir og takmarkanir
Kostir NIR
- Lágur kostnaður og víða fáanlegur
- Auðveld kerfissamþætting
- Samhæft við sílikon-undirstaða skynjara
- Hentar fyrir rauntíma-myndatöku
Takmarkanir NIR
- Takmörkuð efnisaðgreining
- Veik frammistaða í þoku eða reyk
- Aðallega yfirborð-upplýsingar
Kostir SWIR
- Frábær efnisgreiningarmöguleiki
- Sterk frammistaða í þoku, þoku og reyk
- Geta til að greina raka og samsetningu
- Virkar í lítilli-birtu og langri-fjarlægð
Takmarkanir SWIR
- Hár kerfiskostnaður
- Krefst sérhæfðra skynjara og ljósfræði
- Flóknari samþætting
9. Hvernig á að velja á milli NIR og SWIR
Val á milli NIR og SWIR fer eftir þremur lykilþáttum:
Umsóknarkröfur
1. Ef markmiðið er einföld myndgreining, viðverugreining eða lítil-ljóssjón getur NIR mætt kröfum. Ef umsóknin krefst efnisflokkunar eða efnagreiningar- er SWIR þess virði að skoða.
Umhverfisskilyrði
2.Fyrir stýrt inniumhverfi, skilar NIR stöðugri frammistöðu. Fyrir umhverfi utandyra, erfitt eða lítið-skyggni, hefur SWIR betri myndáhrif.
Fjárhagstakmarkanir
3.NIR kerfi eru kostnaðar-hagkvæm og skalanleg. SWIR kerfi bera hærri kostnað en skila ríkara greiningargildi.
Í mörgum háþróuðum kerfum eru báðar tæknirnar sameinaðar til að ná fram sambærilegum árangri.
Í mörgum háþróuðum kerfum eru báðar tæknirnar sameinaðar til að ná fram sambærilegum árangri.
10. Framtíðarþróun: Samruni NIR og SWIR
Framtíð innrauðrar myndgreiningar er að færast í átt að fjöl-rófs- og blendingskerfum. Í stað þess að velja aðeinsNIReðaSWIR, margar atvinnugreinar samþætta bæði til að ná fullkomnari skilningi á hlutum og umhverfi.
Nýjustu straumar eru meðal annars:
- FyrirferðarlítillSWIRskynjarar með minni kostnaði
- Gervigreind-drifin litrófsmyndgreining
- Fjöl-bandsmyndakerfi (NIR + SWIRsamruni)
- Aukin notkun í sjálfstýrðum ökutækjum og vélfærafræði
Eftir því sem tæknin þróast,SWIRverða aðgengilegri, á meðanNIRverður áfram grunntækni fyrir-hagkvæm myndkerfi.
Niðurstaða
NIRogSWIReru báðir nauðsynlegir þættir í innrauða myndtækni, en samt passa þau við mismunandi notkunarsvið.NIRpassar við lágmark-kostnaðar, yfirborðs-myndatöku og almenna sjónforrit, á meðanSWIRstyður háþróaða efnisgreiningu, bætta umhverfisskyggni og há-nákvæmni iðnaðargreiningu.
Val á milli þeirra fer eftir jafnvægi milli frammistöðukrafna, umhverfisáskorana og fjárhagsáætlunar. Í nútíma iðnaðarkerfum er bæði tæknin notuð í auknum mæli saman til að ná fram snjallari og nákvæmari myndlausnum.
