短波红外成像技术（SWIR）源自于光谱学和红外辐射物理学，是一种基于红外辐射波长范围的先进成像技术，其波长覆盖范围通常为 900~1700nm（见图1），这一光谱区域主要记录了有机化合物、或者大分子基团中的含氢基团（如C-H、O-H、N-H等）的倍频和合频振动信息，例如包含有水分、脂肪、蛋白质、糖的特征信息，因此特别适用于有机化合物和生物分子的分析。

这一波段的红外辐射具有十分特殊的能力，它能够穿透大多数材料，如雾霾、烟雾、塑料和玻璃等，同时能够在低照明条件下工作，这使得它在复杂环境下表现出色。

图1 短波红外（SWIR）高光谱波段示意图

海谱纳米的短波红外高光谱成像技术（SWIR-HSI），基于Fabry-Perot干涉原理，在图像传感器前面放置可连续选择光谱波段的可调谐滤波器，通过对SWIR的不同波段的光进行滤波（其滤光曲线如图2所示），快速收集每个光谱带通的完整图像，生成三维光谱立方体数据。

该立方体数据包含了和物质成分相关的光谱信息和物体形状相关的图像信息，能够高效、准确、抗干扰地定位不同物质在图像中的位置，且分析不同物质的成分及含量。SWIR波段高光谱相机的成功研发，能拓宽高光谱相机在图像及物质检测领域的应用，例如用于农业、食品、造纸、木材、化妆品行业和生物医学成像。

图2 短波红外高光谱数据曲线示意图

应用方向

（1）机器视觉AI

高光谱机器视觉的发展对机器人的控制具有重要作用，SWIR高光谱相机可检测肉眼不可见的产品缺陷及特定材料特性，可以帮助机器人在不同环境下采集物质成分的信息（见图3），为机器视觉解决方案开辟了广泛的应用空间，让终端更好地看懂世界。

图3 不同塑料材质的光谱曲线图

（2）果蔬品质检测

在SWIR高光谱相机成像中，可以清晰检测到水果中的水分含量，并可以实现局部缺陷的检测。如图4所示，使用1450nm成像进行检测，苹果有损伤的地方呈现的颜色比较深，而正常位置呈现的颜色比较浅。

图4 水果损伤区域检测的光谱曲线图

（3）生物识别

SWIR高光谱相机可以用于识别人的伪装，如化妆、假发和眼镜等。SWIR高光谱成像利用900~1700nm红外光谱的特性，来探测物体的反射和辐射特征，能够穿透伪装材料并获取物体的真实信息。

图5 人体皮肤和人造材料的光谱曲线图

（4）环境监测

SWIR高光谱相机具有穿越雨水、雾霾、烟雾和其他遮蔽物拍照的能力。如图6所示，普通相机的RGB图像无法检测到左侧的清晰可见图像；然而，SWIR高光谱相机能够穿透大气遮蔽物来确定其背后的真实情况。

图6 航拍河流水质高光谱区域图

SWIR高光谱相机虽然在多领域有广泛应用，但其仍伴随一些应用限制，例如高成本、相机尺寸、功耗、数据处理、以及材料特性的影响。这些限制已经促使科技领域不断探索创新，以克服这些挑战，提供更广泛、更灵活、更实用的SWIR高光谱相机解决方案，以满足不同应用领域的需求。

实现量产

最近，海谱纳米宣布取得重大技术突破，在业内首次实现了基于MEMS技术的短波红外高光谱相机的量产。

海谱纳米的SWIR高光谱相机，是基于高光谱MEMS-FPI传感器芯片，采用MEMS半导体制程的相关工艺，将MEMS高光谱传感器芯片和图像传感器键合而制成的新一代高光谱相机。与传统技术相比，模组的体积缩小一万倍、功耗仅为毫瓦级别，在成本控制和识别精度上均具备显著优势。

凭借深厚的技术积累，海谱纳米在轻量级、高性价比、低功耗、可量产的高光谱MEMS成像传感器方面持续创新、不断突破，将强力拓展其在多个行业领域内的应用。

海谱纳米创始人兼CEO黄锦标先生表示：“该产品是海谱纳米一个新的里程碑。我们相信只有MEMS高光谱成像技术才能更好地满足下游视觉AI对于物质成分探索的需求。未来，海谱纳米将继续致力于与产业链上下游的合作伙伴共同打造高光谱生态链，将MEMS高光谱成像技术应用到相关的行业中。”

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