针对坚果加工和谷物分选中同色石子难以通过可见光视觉系统有效识别的问题，本实验采用阿秒科技SWIR035AU短波红外相机，对同色坚果与石子进行成像对比测试，并与可见光相机结果进行比较。实验在直接拍摄、1300 nm红外光源补光、1300 nm滤光片结合光源补光三种条件下采集图像，并通过平均灰度和对比度指标进行定量分析。结果表明使用短波红外相机可清晰分辨坚果和石子，并通过使用外部短波红外光源补光和滤光片作用下，可提升图片对比度。本实验条件下，SWIR035AU能够可靠区分有机物坚果与无机物石子，可为坚果加工和食品分选中的异物检测提供参考。
一、应用背景与原理
1.1 应用背景
在坚果加工、谷物分选等食品工业中，常因采收、晾晒或运输过程混入石子等无机杂质。传统人工或可见光视觉分选系统主要依赖颜色和亮度差异进行识别。然而，当石子本身颜色较暗、甚至与坚果外皮颜色接近（如深色坚果与深色石子）时，可见光下难以有效区分，导致杂质漏检，带来食品安全风险。短波红外（SWIR）成像技术基于物料的化学成分特征，为这一难题提供了解决方案。
1.2检测原理
短波红外相机具有可见—短波红外宽谱响应能力，本实验重点利用1300 nm附近短波红外波段成像。有机物坚果与无机物石子在短波红外波段的反射率不同：石子在短波红外图像中通常呈现较低灰度，坚果呈现较高灰度。需要说明的是，图像灰度不仅由材质吸收/反射特性决定，还受光源光谱、照明角度、曝光时间、镜头透过率、滤光片带宽、样品表面粗糙度和含水量等因素影响。因此，本实验通过固定拍摄几何条件、比较不同补光与滤光条件，评估实际成像差异。
二、测试设备与参数
| 设备/组件 | 型号/规格 |
|---|---|
| 短波红外相机 | 阿秒科技 SWIR035AU |
| 可见光相机 | 阿秒科技VIS028CU3.2-NC |
| 光源 | 1300 nm 红外光源 |
| 滤光片 | 1300 nm红外滤光片 |
| 测试样品 | 坚果若干，同色小石子若干 |
三、测试步骤
- 将坚果和石子样本混合，位置固定于SWIR035AU相机镜头视野中央。样品应尽量覆盖不同大小、不同表面朝向的石子与坚果，以便观察材质差异而非单一位置差异。
- 手动调节SWIR035AU相机焦距及光圈大小，使成像清晰。
- 选择合适的曝光时间（手动或自动模式）。
- SWIR035AU相机依次在无补光和滤光片，使用1300nm光源，使用1300nm滤光片和光源下拍摄图像。
- 对比不同条件下坚果和石头的成像差异。
四、测试结果
4.1 图像观察结果
4.2对比度定性分析
| 图 | 拍摄设备 | 拍摄条件 | 成像效果说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | VIS028CU3.2-NC | 自然光 | 可见光相机拍摄时，同色坚果与石子在外观颜色和亮度上差异不明显，石子混入坚果后难以快速、稳定地区分。对于颜色较暗或表面状态接近坚果的石子，仅依靠可见光图像容易发生漏检。 |
| 2 | SWIR035AU | 自然光 | SWIR033AU直接拍摄时，坚果与石子的成像差异较可见光明显。石子因在短波红外波段反射率相对较低，在图像中呈现较暗灰度区域；坚果因反射率相对较高，呈现较亮灰度区域。二者灰度差异可直接观察，说明短波红外成像对该类材质差异具有区分能力。 |
| 3 | SWIR035AU | 搭配1300nm光源补光 | 加入1300 nm红外光源补光后，图像整体亮度提升，坚果与石子的明暗对比增强。补光有助于提高暗区石子与亮区坚果之间的灰度分离度。 |
| 4 | SWIR035AU | 搭配1300nm光源和滤光片 | 在1300 nm滤光片和1300 nm光源共同作用下，图像质量最佳，坚果与石子明暗对比最明显，石子呈深黑色，坚果呈较亮区域。滤光片可减少非目标波段光对图像的干扰，使材质差异更加突出。本实验条件下，该条件最适合用于异物识别。 |
4.2 对比度定量分析
为定量评估液位成像的区分能力，采用对比度公式计算：
对比度=（I坚果−I石头）/灰度值范围。选取8bit灰度值模式。
则上述拍摄图片坚果和石头的对比度如下表
| 拍摄条件 | 坚果灰度值 | 石子灰度值 | 计算对比度 |
|---|---|---|---|
| SWIR035AU 直接拍摄 | 130.9 | 93.8 | 0.15 |
| 使用 1300 nm 光源补光 | 135.2 | 89.2 | 0.18 |
| 使用1300nm滤光片和光源 | 116.5 | 67.9 | 0.19 |
五、结果分析
SWIR035AU相机能够有效区分坚果与石子两类不同的物料，在短波红外成像中两者灰度值差异明显，相机信噪比高，可以满足该应用场景的需要。使用1300nm红外光源补光时，对比度更高，区分坚果和石子效果更佳。使用1300nm滤光片和光源时，其对比度最高，可以轻松区分坚果和石子。在产线应用中，推荐使用1300nm滤光片和红外光源，以获得更高对比度，从而提升检测稳定性。
六、结论
在本实验样品与成像条件下，阿秒科技SWIR033AU短波红外相机能够可靠区分有机物坚果与无机物石子。可见光下难以区分的同色石子，在SWIR图像中呈现明显暗区，坚果呈现亮区，二者灰度对比清晰。使用1300 nm光源补光可增强对比度；使用1300 nm滤光片和光源补光时成像对比度最高，石子呈深黑色，最适合后续异物识别。结果表明SWIR033AU在坚果加工和食品分选领域具有良好适用性。
