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短波紅外相機在海洋監測中的應用
發布時間： 2025-02-12 點擊次數： 733次海洋區域濕度大，晝夜溫差大，極易形成霧、霾、水汽等特殊條件。可見光在正常條件下成像良好，但是受天氣影響較大，在惡劣天氣下會出現對比度變低，輪廓模糊，細節丟失的現象等問題，無法清晰的識別目標。熱成像技術雖然透霧能力好，但是當目標和背景溫度接近時，熱成像細節丟失嚴重，不利于海洋區域的目標探測。
而短波紅外在海面惡劣天氣下也可以實現遠距離船只監測，由于具備對海霧的良好透過性，所以目標幾乎很少受到海上雨霧天氣的影響，具有較為明顯的輪廓和紋理特征。
圖 1可見光和短波紅外霧天成像對比
短波紅外成像和可見光類似，主要依靠場景物體反射的光信號成像，其波段范圍大約在900nm~2300nm之間，因為光在遇到大氣中的分子、粒子、氣溶膠和大量的懸浮小水滴時都會發生散射，當大氣中的散射粒子小于光波長時，可以按照瑞利散射處理，散射系數為
式中，S為散射粒子的截面積，N為單位體積的粒子數，λ為光波波長，從公式中可以看出，波長越長，散射越弱，透霧能力越強，所以短波紅外穿透霧霾能力比可見光強。
如圖2所示，分別為可見光和短波紅外的成像情況，艦船在短波紅外圖像中的細節更豐富。
圖 2 霧中短波紅外（左）與可見光成像（右）
不僅如此，短波紅外在海面微小目標識別方面也有很大的優勢，由于海面拍攝距離遠，微小目標在探測器上占據的像素小， 而且海面也在不斷地變化，當海雜波干擾過大時，微弱目標的信號會被淹沒，造成可見光探測困難。但是短波紅外則不同，利用海水對短波紅外具有強吸收這一特性，可以大大提高微弱目標的識別能力。海水幾乎不反射短波紅外，而微弱目標發射紅外輻射，背景和目標的對比度增大，微弱目標更容易被觀測到。所以當對海面浮冰、小船、蛙人、浮標、飛機殘骸、海面漂浮物等這些聲光電特性不明顯的目標探測時，相比可見光，短波紅外更適合觀測。
此外，短波紅外技術還具有在夜間和低光條件下提供高質量監控圖像的能力，在海岸港口，夜間航行可能存在風險，而短波紅外監控系統可以保證即使在黑暗中，港口和船只的活動也能被及時監測，從而提高港口的安全性。
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