SWIR051AU短波红外相机拍摄不透明塑料管中液体位置成像实验

一、测试目的

验证阿秒科技SWIR051AU短波红外相机在不透明塑料管场景下，透过塑料管壁对内部液体液位高度进行非接触式成像检测的能力，并与可见光相机成像进行对比，评估光源补光和滤光片对成像对比度的提升效果。

二、应用背景与原理

2.1 应用背景

在化工、制药、食品饮料及日化产品生产过程中，液位检测是质量控制的关键环节。然而，许多工业管道和容器采用不透明塑料材质制成，以保护内容物免受光照影响或满足结构强度要求。传统可见光相机无法穿透这类不透明管壁，肉眼更无法直接观察内部液位。

2.2 检测原理

多数在可见光下不透明的塑料在短波红外波段具有良好透光性，短波红外光工业管道内部液体中水的含量会占大部分，本次实验的内部液体选取水。

水能够吸收在1450 nm波长左右的红外光，短波红外相机拍摄时，水分子会强烈吸收该波段的光，导致反射信号弱，在成像中呈现暗区。无液体的区域，短波红外光透过塑料管壁，呈现亮区。通过明暗界线可清晰判断液位高度，实现非接触、非破坏的实时检测。

另外，还可使用红外光源补光或使用红外滤光片，增强不同区域的反射强度差异。

三、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 SWIR051AU
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	不透明塑料管，内含部分水
环境条件	室内环境，除实验补光灯无特殊光源，温度25℃

四、测试步骤

1. 固定SWIR051AU相机，调整塑料管位置使其位于镜头视野中央。
2. 手动调节相机焦距及光圈大小，使成像清晰。
3. 选择合适的曝光时间（手动或自动模式）。
4. SWIR051AU相机在无滤光片光源补光，1300nm光源补光，1300nm滤光片，1300nm滤光片和光源补光下进行拍摄。
5. 使用可见光相机（VIS028CU3.2-NC）在相同位置拍摄对照图像。

五、测试结果

5.1 图像观察结果

5.2 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	塑料管完全不透光，无法看到内部液体，图像仅见塑料管表面。
2	SWIR051AU	自然光	可清晰看到塑料管内液体区域呈现暗区，无液体区域呈现亮区，液位分界线明显，除此之外，还可以观察到塑料管上方处残留的液体，其成像同样清晰明显。
3	SWIR051AU	搭配1300nm光源补光	画面整体亮度提升，明暗对比进一步增强
4	SWIR051AU	加装1300nm滤光片	筛出1300nm以外波段光线，明暗对比增强
5	SWIR051AU	1300nm滤光片和光源	成像质量最佳，背景干净，液位分界最清晰。

5.3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=（Imax−Imin）/灰度值范围
其中 Imax 和 Imin​ 分别为无液体区域和液体区域的平均灰度值，灰度值范围取8bit图像下的255。

拍摄条件	管内液体灰度至	塑料管灰度值	计算对比度
SWIR051AU 直接拍摄	103.1	157.9	0.21
使用1300 nm 光源补光	77.8	138.5	0.24
使用1300nm滤光片	58.1	103.2	0.18
使用1300nm滤光片和光源	49.9	123.7	0.29

六、结果分析

1. 功能验证：SWIR051AU相机能够有效透过不透明塑料管，对塑料管内液体进行清晰成像，并准确显示液位高度和液体残留。管内有液体部分呈现暗区，其余部分呈现亮区，液位分界线清晰可辨。
2. 性能表现：相机信噪比高，图像背景干净，液位明暗边界稳定，符合工业质检要求。
3. 优化建议：在实际应用中，推荐同时使用1300nm滤光片和同波段补光光源，以获得最高对比度，从而提升检测稳定性。

七、结论

阿秒科技SWIR051AU短波红外相机能够有效穿透不透明塑料管壁，实现对管道内液位高度的非接触式成像检测。经过短波红外相机不同条件下成像实验发现，在1300nm光源补光与1300nm滤光片配合下，可获得最佳的液位图像对比度。

SWIR051AU短波红外相机具有较高的信噪比和量子效率，能够很好地满足工业中，不透明塑料管内液体液位和检测液体残留场景的应用要求。