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在電磁波譜內(nèi)，紅外線位于可見(jiàn)光和微波之間。紅外線波長(zhǎng)范圍廣，為750 nm至14,000 nm。通常將其分為近紅外(NIR)、短波紅外(SWIR)、中波紅外(MWIR)和長(zhǎng)波紅外(LWIR)。盡管SWIR波段中的紅外輻射對(duì)于人眼不可見(jiàn)，但它與物體相互作用的方式與可見(jiàn)波長(zhǎng)類似。

大多數(shù)SWIR相機(jī)傳感器都是基于InGaAs材料，通過(guò)將光子轉(zhuǎn)換成電子，與硅基CCD或CMOS傳感器工作方式相同–所以被稱為量子探測(cè)器。InGaAs傳感器由銦、鎵、砷化物光電二極管和硅基讀出集成電路(ROIC)組成。

圖1：InGaAs傳感器工作原理

InGaAs光電二極管中的帶隙能量通常小于硅基像素中的帶隙能量。因此，在相似溫度條件下它產(chǎn)生的暗電流更大。

暗電流對(duì)圖像質(zhì)量的影響

在沒(méi)有光照射的狀態(tài)下，傳感器中流動(dòng)的電流稱之為暗電流(例如產(chǎn)生信號(hào))。它是由InGaAs材料中的電子的熱激發(fā)效應(yīng)引起的。不同傳感器之間的暗電流的絕對(duì)值可能差別很大。傳感器溫度越高，暗電流越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，溫度每上升9°C，它的絕對(duì)值就增加一倍。

例如，在20°C和45°C傳感器溫度下，分別使用相同的相機(jī)拍攝相同的照片，直方圖會(huì)顯示非常不同的結(jié)果。在45°C傳感器溫度下，最小值更高(0為黑色，255為白色)，平均值也是如此。在20°C時(shí)，沒(méi)有飽和像素(最大值254)，而在45°C時(shí)則有相當(dāng)多的飽和像素。

溫度對(duì)光譜靈敏度的影響

傳感器溫度對(duì)SWIR相機(jī)的光譜靈敏度也有很大影響。當(dāng)傳感器溫度降低40°C(從25°C到-15°C)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光譜靈敏度向低波長(zhǎng)移動(dòng)約25 nm。這對(duì)于在靈敏度曲線的低端或高端操作的應(yīng)用可能至關(guān)重要。當(dāng)要求靈敏度高于1.700 nm時(shí)，傳感器溫度不應(yīng)太低(20°C以下)。雖然暗電流(和噪聲)隨溫度升高而增加，但是頻譜高端的信號(hào)也許會(huì)更好。

圖2：不同傳感器溫度下的成像質(zhì)量對(duì)比

傳感器溫度控制至關(guān)重要

溫度水平影響光譜靈敏度和暗電流。暗電流則對(duì)圖像質(zhì)量(黑電平和噪聲)有很大影響。對(duì)于圖像質(zhì)量要求高的應(yīng)用，以及在靈敏度曲線的低端或高端操作時(shí)，溫度控制至關(guān)重要。

為了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和控制溫度，Allied Vision所有的Goldeye短波紅外相機(jī)都在如下位置安裝了三個(gè)溫度傳感器：

//InGaAs傳感器外殼內(nèi)部

//傳感器板上

//主板上

此外，Allied Vision的Goldeye相機(jī)還提供高級(jí)功能，來(lái)對(duì)這些影響進(jìn)行校正和最小化(比如高級(jí)背景校正)。

為了平衡環(huán)境溫度和傳感器溫度之間的溫差，并且將傳感器溫度穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，大多數(shù)Goldeye相機(jī)都配備了熱電冷卻裝置。可用的冷卻設(shè)備有：

//TEC1：?jiǎn)渭?jí)熱電傳感器冷卻(例如：Goldeye G / CL-033 TEC1)

//TEC2：雙級(jí)熱電傳感器冷卻(例如：Goldeye G / CL-032 Cool TEC2)

//附加冷卻風(fēng)扇(例如：Goldeye G / CL-032 Cool TEC2)

不僅如此，Goldeye Cool型號(hào)還將傳感器封裝在氮?dú)馓畛涞睦鋮s室中(例如：Goldeye G / CL-008 Cool TEC1)。這樣做的目的是防冷凝，使其適用于容易發(fā)生冷凝現(xiàn)象的環(huán)境(即高濕度、高環(huán)境溫度)。

關(guān)于Goldeye系列短波紅外相機(jī)

Goldeye系列相機(jī)是德國(guó)Allied Vision公司旗下的短波紅外(SWIR)相機(jī)。該系列相機(jī)分為兩個(gè)版本：緊湊型無(wú)風(fēng)扇耐用工業(yè)版和具有充氮冷卻室的先進(jìn)科技版。大部分 Goldeye 相機(jī)均配備有主動(dòng)熱電冷卻裝置(TEC)，以減少噪音并延長(zhǎng)曝光時(shí)間以獲得穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。對(duì)于無(wú)需傳感器冷卻的應(yīng)用，也可選擇高性價(jià)比的無(wú)主動(dòng)電熱冷卻裝置(TECless)版本。Goldeye 相機(jī)具有高線性度和大動(dòng)態(tài)范圍，能夠以較高幀率運(yùn)行并拍攝噪點(diǎn)極低的圖像。所有型號(hào)均有 GigE 版本或Cameralink版本可選。