短波红外（SWIR）成像已存在数十年，应用于军事、国防、卫星成像、防伪和文化遗产分析等领域。然而，直到最近，由于制造砷化铟（InGaAs）图像传感器的成本和复杂性，SWIR相机尚未在工业领域得到广泛应用。但现在，图像传感器的突破催生了成本更低、紧凑型且具备扩展光谱能力的单红外相机，这些相机在从食品饮料到废弃物回收等机器视觉应用中表现出极高的效果。

SWIR传感器照亮前进道路

过去，制造比当今工业CMOS传感器像素更小的单红外图像传感器，在传统的像素级凸起键合上存在挑战。在该技术中，需要一定的凸起间距来将InGaAs光电二极管层与硅读出电路层结合。索尼的新SenSWIR技术采用铜-铜（Cu-Cu）直接键合互连，直接连接堆叠CMOS传感器的像素芯片和逻辑电路芯片，采用铜端子，消除了专用连接区域的需求，因此图像传感器可以制造更细的像素间距和更小的像素。 

索尼的混合型单红外（SWIR）技术在2021年新冠疫情期间被推迟，但现在正大规模投入市场。许多机器视觉摄像公司现在提供更小、高分辨率、成本更低的单红外相机，灵敏度范围在400至1700纳米之间。

在短波红外图像传感器领域的其他领域，安塞米最近收购了SWIR Vision Systems，该公司开发基于胶体量子点（CQD）薄膜光电二极管，制造在硅读出晶圆上的短波红外相机。这些纳米级半导体材料使基于CQD的相机能够成像400至1700纳米的范围，同时还能扩展至2100纳米的成像范围。通过此次收购，安赛米计划将其基于硅的CMOS传感器和制造专业知识与CQD技术结合，以“以更低成本和更大产量提供高度集成的单红外传感器”。

SWIR摄像头价格一直在大幅下降，但通过这项协议，成本很可能进一步下降，为机器视觉消费者提供多样且价格合理的SWIR摄像头选择。事实上，这些进步和降低的入门成本引发了机器视觉界的热烈响应。SWIR成像现已成为机器视觉市场中增长最快的细分领域之一。市场调研公司Yole Group预测，由于技术进步、需求稳定和成本下降，SWIR成像的复合年增长率将达到28%，从2022年的8900万美元增长到2028年的3.95亿美元。

打破成像障碍

索尼和Onsemi的新型单波红外传感器技术的另一个新颖特点是，两款传感器现在都跨越了1 μm/1000 nm成像门槛，提供了400至1900 nm的典型可用响应。此前，传统的InGaAs单波红外传感器在可见光范围内响应不佳，可用范围约为1 μm/1000 nm。同样，基于硅的CMOS传感器响应速度下降了1微米，这也导致了机器视觉和成像领域中“1微米障碍”这一术语的产生。这些新传感器能够在可见光和短波红外光谱中实现连续响应，推动了多光谱成像在机器视觉市场中的扩展。 

多光谱成像正在推动多种新兴的成像和机器视觉应用，包括农业应用。例如，这些相机可用于定义颜色相似的绿色叶片，以区分目标作物中的杂草，识别叶片中的果实，从土壤中挑取岩石或其他物体，或判断水分含量。在其他领域，多光谱成像应用在废弃物回收领域日益流行，摄像头可以从垃圾流中识别特定类型的物质，如高密度聚乙烯（HDPE），而高光谱成像选项可能成本高且数据量过大。

LED制造商回应

即使在最新传感器发展之前，单波红外系统在机器视觉领域已证明非常有用，适用于需要超越可见波段成像的应用。例如，在食品检测中，SWIR摄像头可以识别表面下受损或受损的水果，或通过塑料包装检查食品。在其他领域，短波红外相机在检查非透明容器的填充量、检测包装中的水分、测量工厂含水量、防伪、晶圆和太阳能电池生产等领域非常有用。

对于有机器学习技术经验的系统集成商来说，SWIR在部署上本质上与可见成像系统无异。如今，随着成本壁垒的降低，SWIR相机的需求和部署迅速增长，这项技术为机器视觉工具箱提供了一种有用且新颖的工具。虽然深波红外技术的普及主要由图像传感器的发展引领，照明公司也必须跟进。

虽然公司在推出适合SWIR成像系统的镜头方面更快上市，但照明制造商的进展却较慢，主要原因是SWIR LED技术的限制以及相应的高昂成本。然而，随着技术进步和需求的增加，LED制造商正在适应市场的变化。此外，较新的单红外LED每投入一瓦功率，能产生更多光输出和更少的热量，同时提升其单波红外光的绝对强度。

虽然大多数照明制造商对SWIR LED照明来说是定制或半定制的选项，但市场上有几家公司提供标准的SWIR波长产品，且选项数量也在增加。目前市场上的SWIR照明选项范围从1050到1550纳米不等，同时还有多区灯具，将不同波长组合在同一灯体中。

多光控制器推动多光谱向前发展

多光控制器对于构建下一波多光谱机器视觉系统也至关重要。多光谱成像涉及在不同波长拍摄多张图像，以展示该窄带响应内给定物体的特性。检测应用可以简单到软件分析单个图像，将其视为单色检测。但更常见的是，图像序列通过加权滤镜融合成单一多光谱图像，或对参考图像进行加减或区分以获得期望结果。

为了简化这些图像序列的编程和获取流程，新推出的照明控制器在一封装中提供了可编程序列和四通道恒流LED驱动器。控制器可以与匹配的多通道灯光配对，这些多通道灯具有线性、环形或穹顶灯格式，每种灯具提供三到四个通道。通过TCP/IP接口，控制器可以让任何类型的成像序列编程对任何级别的用户来说都变得直观。

借助这些新技术，用户可以选择420 nm至1650 nm的波长，根据特定应用单独填充每个可用通道。这些发展，加上最新的短波红外相机，使得机器视觉用户如今拥有比以往任何时候都更低的多光谱成像技术。多光谱成像的未来确实非常光明，波长更多。