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溫度對(duì)近紅外/短波紅外相機(jī)成像質(zhì)量的影響
在電磁波譜內(nèi)，紅外線位于可見光和微波之間。 紅外線波長范圍廣，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）和長波紅外（LWIR）。 盡管SWIR波段中的紅外輻射對(duì)于人眼不可見，但它與物體相互作用的方式與可見波長類似。
大多數(shù)SWIR相機(jī)傳感器都是基于InGaAs材料，通過將光子轉(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：單級(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）。
文章來源：Allied Vision 公司
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