短波红外(SWIR)相机可检测肉眼不可见的产品缺陷及特定材料特性，为机器视觉解决方案开辟了广泛的应用空间：相比于搭载CMOS或CCD传感器的主流机器视觉相机，多数短波红外相机搭载InGaAs（砷化铟镓）传感器，检测波长介于900 nm至1,700 nm之间。而最新上市的传感器更将其支持的光谱范围扩展至可见光谱，或超出1,700 nm，最高达到2,500 nm。超出750 nm波长的光属于肉眼不可见光谱，传统的CCD或CMOS相机仅可检测约1050 nm以下波长的光线。因此，短波红外相机的应用范围相比传统相机更为广泛，例如它可以轻松检测植物内部的积水或晶圆产品内部的缺陷。

本文介绍了短波红外相机在多个领域的应用示例，如半导体行业、回收、金属和玻璃检验以及机载遥感等。由于部分短波红外相机主要面向研究设施应用而设计，因此不仅需要提供工业应用不可或缺的高画质，还需具备工业级坚固设计以及机器视觉应用常用的相机功能。

半导体行业

半导体行业已发展成为全球规模最大的行业之一，且增长势头有增无减。晶圆集成电路（IC或芯片）生产是该行业的核心业务。

搭载InGaAs传感器的相机通常在900 nm至1,700 nm的短波红外光谱范围内运行，并可透过半导体材料（例如硅(Si)）实现大约1,150 nm波长的光谱成像。因此，短波红外相机成为了检验过程必不可少的设备。硅片透光成像是一种非破坏性检测方法，为生产流程提供了诸多益处。现如今，半导体行业纷纷将InGaAs相机引入测试、检验和质量控制系统。

硅晶体和晶锭检验

硅晶体和晶锭（也称为晶砖）检验是InGaAs相机在半导体行业的典型应用之一。InGaAs相机可实现对硅基材料透光光谱(波长范围大于1,150 nm)进行成像，是检测生产过程中可能积聚在晶体或晶棒内杂质的理想解决方案。晶棒需使用特殊的钻石切割刀切割成晶圆薄片，这一加工过程中，晶圆的纯度至关重要。即使晶圆薄片之中仅含有一小块金属等夹杂物，都可能导致昂贵的钻石切割刀断裂报废。而更换刀具不仅需要成本，还会导致生产效率和利润下降。而短波红外相机的引入可以避免这一问题，确保生产流程顺畅进行。

晶圆检验或封装 

短波红外相机的另一重要应用是晶圆检验。在晶圆生产流程中，可能在晶圆顶部、底部，甚至晶圆内部或晶圆间出现颗粒物。CCD或CMOS相机可检测顶部和底部的颗粒物，而InGaA相机则可透过硅基材料检测两片键合晶圆间的颗粒物。

InGaAs相机还可用于晶圆封装，即检测晶圆背面的排列与正面是否对齐。短波红外技术可帮助对齐晶圆各层以及对齐晶圆基板和其他子产品，如IC、存储单元或晶体管。

光伏发电

从硅晶体到晶棒/晶砖、晶圆、太阳能电池乃至太阳能模组，短波红外相机应用可覆盖整个供应链检验流程。由于InGaAs相机可实现硅基材料透光成像，因此是检测硅基材料内部物理缺陷的最有效解决方案。

除了新近出现的短波红外成像检验技术外，光伏行业常用的其他重要技术和方法包括：光致发光(PL)和电致发光(EL)是两种常用检验方法。

PL成像利用光学激发（例如激光照射）生成电子-空穴对，通过辐射复合引起发射，从而引发相机感光成像。1,150 nm左右带间发射提供了有关硅基材料内部缺陷和位错簇的信息。此外，通过绘制约1,550 nm处的缺陷带发光图谱，可获得有关最终电池效率极限的结果。因此，在900 nm至1,700 nm区间具有高检测灵敏度的InGaAs相机非常适合此类应用。

而电致发光是硅基材料内电子和空穴辐射复合的结果。该技术将电压施加到太阳能电池上，并与可用空穴复合，最后根据吸波材料（硅1,150 nm）的带隙发射光子。

除晶体硅外，还可利用这一技术检查其他类型的太阳能电池或模组材料（又称薄膜太阳能电池）：700 nm至1,330 nm（取决于铟/镓比）波长范围检验二硒化铜铟镓(CIGS)；1,330 nm波长范围检验二硒化铜铟(CIS)。

相比于CCD和CMOS相机，短波红外的主要优势在于曝光时间更短，并在硅主发射波长范围内具有出色的量子效率(QE)，从而确保在生产流程中快速鉴定。CCD或CMOS相机所需的曝光时间更长，长达30秒。即便是NIR增强型CCD传感器，所需的曝光时间仍达到3秒甚至更久。而短波红外相机仅需几毫秒，因此可大幅提升产能。

回收行业

发达国家产生的废弃物数量不断增长，而可用资源数量却变得日益匮乏；因此，有必要开发行之有效的方法，从收集的废弃物中分离出高质量可回收材料。

塑料分选

由于所有塑料废弃物的可见光谱大体类似，因此无法借助常规方法分离可回收材料。但在短波红外范光谱围内，不同塑料材料的吸收光谱呈现出不同的特性。因此，我们可以借助短波红外相机技术构建自动化分离系统，分离回收质量和性质相近的材料。最新版短波红外相机的光谱范围扩展至2.5µm，可区分更多的材料类型。

为实现有效的自动化废弃物分离流程，首先将物料切成大小相近的小薄片。随后借助传送带将薄片传送到检验系统——该系统由照明系统和搭载InGaAs传感器的短波红外相机组成。由于不同塑料材料在短波红外下呈现不同的光谱特性，因此可利用这一特性区分不同的材料，并可基于光谱特性指定相应的塑料类型。在传送带上，不同类型的塑料在一系列喷气口的作用下分离。为实现精细的分离效果进而达到良好的回收率和高质量结果，可重复多次执行此步骤。

食品工业

水果和蔬菜含有80％至90％的水分。因此，其光谱响应特性主要体现在吸水带方面，在约1,450 nm处有一个波峰。由于具有较强的吸光能力，水份在短波红外波段的成像结果明显更暗。

食品分析与分选 

每一种食品都有其独特的化学构成，因此在可见光谱和短波红外光谱下会呈现独有的光谱特性。搭载InGaAs传感器的短波红外相机可对传送带上的食品进行在线检验。光谱分析是最常用的食品分析方法之一。但食品行业的最新发展趋势显示，高光谱和多光谱成像日渐兴起。这一方法融合了数字成像与光谱分析技术，可获取跨多个电磁频谱范围的详细信息。某些波长的反射和吸收率取决于食物的化学成分和分子结构。

短波红外相机通常应用于推扫式成像系统，搭配光谱仪（高光谱成像）使用。如果区分的某些材料的波段数较少（<10），则可增设多个带通滤波器或专用照明装置（多光谱成像）。

相比于CCD或CMOS相机，短波红外相机的常用波长范围为900 nm至1,700 nm，可提供更丰富的光谱信息。典型实例就是分选损伤苹果。短波红外相机可检测苹果外部损伤——这些部分水分含量较高，因此在图像中显得更为暗淡。这一技术有助于轻松分选出残次苹果榨汁，并筛选出品质完美的果品出售给终端客户。

金属和玻璃行业

短波红外相机可对250°C至800°C之间的高温物体热成像。金属和玻璃行业纷纷在其工艺和质量控制系统中引入短波红外相机。

熔融金属工艺监控与检验

相比于CCD和CMOS相机，InGaAs相机的常用光谱范围为900 nm至1,700 nm，可检验铁水和炉渣之间的发射谱差异。基于该信息，可检测制造流程中的炉渣差异。这一功能有助于最大限度提升产能，同时又不会出现任何污染材料。

玻璃瓶监控与检验

在玻璃瓶生产流程中，可利用InGaAs相机对其进行内外检查。短波红外相机可对250°C至800°C之间的高温物体热成像，可监测玻璃温度均一性和冷却速率。因此，制造商可借助其不断观测生产状况，最大限度提升产量和质量。

激光束分析

激光应用浩如烟海。例如，材料焊接和切割、医疗应用、光谱分析以及测绘。如果应用得当，激光是不可多得的利器。但随着使用时间和次数增加，激光器的性能和效率将逐步下降。为确保发射的激光信号稳定，电信公司开始利用名为光谱分析仪的激光束分析设备。为确保激光能够得到高效利用，监测光束位置、大小、功率和激光束光谱等参数并确保合规至关重要。

短波红外波长激光的光谱范围肉眼不可见。而基于InGaAs传感器的光束分析仪是短波红外波长在900-1700 nm之间的激光测量分析的理想之选。Allied Vision的Goldeye 短波红外相机基于InGaAs传感器技术（砷化铟镓），在900至1,700 nm 短波红外光谱范围内异常灵敏，因而是激光光束分析应用的理想之选。

农业

光谱成像还可用于农业用途，尤其是在配合无人机(UAV)使用时。农民可利用此技术远程检视作物，如草莓田：通过观察短波红外影像，可鉴别缺水、水分含量正佳或水分过多的植物或区域。检测到的水分含量越高，在1,450 nm 波长处的吸收峰值越高，图像中的对应区域越暗。因此，这类应用通常使用较窄的1450 nm带通滤光片增强这一效应。

机载遥感

无人机在农业中应用得尤为普遍，但同样可用于其他用途，例如从空中检查多种材料。每种无机材料均具有独特的化学组成和晶体结构，从而产生与其特定光吸收特性对应的独特光谱响应。

地质矿产检验 

通过独特的光谱响应，可测绘全球各地的矿产分布。此外，林业公司也可借助这一技术绘制林地地图。高光谱成像可利用类似于食品分析的方法，帮助开展地质和矿物勘验。

结论

搭载InGaAs传感器的短波红外相机具备强大的功能，过去5年在机器视觉市场得到了广泛普及和普遍认可。尤其值得赞赏的是，如今这类相机支持的机器视觉标准与主流可见光相机并无二异，如GigE Vision或GenICam。这一特性有助于大幅减轻系统集成难度，确保短波红外成像系统安装之后即可直接使用。

未来，短波红外相机的应用领域将进一步扩展，而传感器技术发展在其中扮演着重要作用。个别情况下，一些应用只能使用一台相机，而延伸至可见光谱范围之外（400 nm-1,700 nm）的传感器可帮助降低系统复杂性。短波红外灵敏度扩展至2,500 nm范围的相机则可检测到其他类型的材料或特征。最后，像素尺寸较小的传感器还可以更高的空间分辨率、更低的成本拍摄物体。