波段為0.9~1.7微米為短波紅外

· 識(shí)別人造材料

由于人造材料在短波紅外波長中具有獨(dú)特的反射方式，有助于區(qū)分肉眼在可見光譜中看起來相似的材料。使其在圖像中呈現(xiàn)出更具體的類型差異。

上圖為阿爾及利亞一家煉油廠，左圖為可見光圖像；中圖為短波紅外圖像，可通過顏色識(shí)別建筑材料成分；右圖為活躍火舌。

· 火災(zāi)撲救

許多物質(zhì)在短波紅外波段具有特定的發(fā)射率和吸收特性，如雪、冰、各種巖石和人造物質(zhì)。在圖像分析過程中，我們利用這些特性來識(shí)別這些物質(zhì)。短波紅外線甚至可以穿透一些煙霧來識(shí)別火點(diǎn)。

無論是森林火災(zāi)、叢林火災(zāi)還是山地火災(zāi)，一旦失去控制，都會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窈妥匀毁Y源造成毀滅性的打擊。因此，快速有效的火災(zāi)探測(cè)對(duì)保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施和居民安全至關(guān)重要。火災(zāi)似乎很容易發(fā)現(xiàn)，但經(jīng)常有視覺障礙。

例如，煙霧會(huì)阻礙消防隊(duì)員在地面或空氣中的視線。在左邊的圖片中，很容易看到煙霧的來源，但很難判斷圍欄沿線的地面火災(zāi)。在右邊的圖片中，短波紅外線可以通過煙霧突出熱區(qū)，讓消防隊(duì)員知道需要注意的區(qū)域。

澳大利亞阿德萊德郊區(qū)的火災(zāi)仍在蔓延。左邊的可見光圖像清楚地顯示了煙霧的范圍，但右邊的短波紅外圖像通過煙霧閃閃發(fā)光。

· 發(fā)現(xiàn)礦藏

短波紅外波段可以準(zhǔn)確識(shí)別礦物。不同的成分會(huì)根據(jù)礦物含量吸收光波，從而形成不同的反射率。

可見光圖像(左圖)顯示礦區(qū)，但不顯示有價(jià)值的地質(zhì)和礦物信息。地質(zhì)和礦物信息在短波紅外圖像(右圖)中清晰可辨，可用于地質(zhì)解譯。

上圖為內(nèi)華達(dá)州某礦區(qū)。 WV-3 0.75 m 識(shí)別肉眼看不見的礦物，短波紅外波段。

在地質(zhì)領(lǐng)域使用短波紅外圖像。根據(jù)不同礦物對(duì)光波的吸收，反映不同的光譜長度，根據(jù)波長檢測(cè)包含 l-OH、Mg-OH、Fe-OH、Si-OH、從而判斷這些礦區(qū)有哪些礦石，如碳酸鹽、銨和硫酸鹽。地質(zhì)專家和采礦業(yè)者在勘探階段常常花費(fèi)數(shù)以百萬計(jì)美元尋找潛在礦區(qū)，如果能夠利用短波紅外影像，可在計(jì)劃實(shí)地核查之前縮小潛在礦區(qū)范圍，從而降低成本、提高效率。

材料分選的應(yīng)用案例

材料分類的目的主要用于同類產(chǎn)品分類和異類產(chǎn)品分離兩個(gè)方面。

在工業(yè)應(yīng)用方面，主要需要高效、準(zhǔn)確、成本控制。如何制定適合工業(yè)應(yīng)用的方案，并能有效地反映近紅外技術(shù)是非常重要的。在制定工業(yè)測(cè)試方案的過程中，其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光譜分離、光譜校準(zhǔn)、分選控制、圖像識(shí)別等。

傳統(tǒng)的材料分選方法主要采用人工、物理特性或化學(xué)檢測(cè)方法，但這些檢測(cè)方法要么效率低，精度低，要么損壞分選過程，無法實(shí)現(xiàn)高效分選。

與傳統(tǒng)的分選技術(shù)相比，近紅外分選技術(shù)具有高效、無損、快速、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

近紅外光譜波段780nm-2500nm.基于近紅外光譜分析技術(shù)的近紅外光譜分析技術(shù)（X-H）化學(xué)鍵的簡(jiǎn)諧振動(dòng)與分子官能團(tuán)的相應(yīng)勢(shì)能有關(guān)。然而，當(dāng)分子官能團(tuán)吸收光子時(shí)，其勢(shì)能會(huì)從基態(tài)轉(zhuǎn)向激發(fā)態(tài)，從而在近紅外光譜上形成特征吸收峰。因?yàn)楹胁煌奈镔|(zhì)X-H化學(xué)鍵的形式和數(shù)量不同，因此近紅外光譜中不同材料形成的吸收峰也不同，因此材料的類型可以通過吸收峰的位置和強(qiáng)度來判斷。

圖為近紅外分子官能團(tuán)吸收分布圖表。可以看出，圖表主要分為合頻區(qū)和倍頻區(qū)，對(duì)應(yīng)的不同區(qū)域吸收的光子能量不同。其中在合頻區(qū)吸收最強(qiáng)，第一倍頻區(qū)次之。

工業(yè)分選示例：棉花異纖維

棉花異纖維，俗稱三絲，是指非棉纖維和非本色纖維，混合在棉花中對(duì)棉花及其產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重影響。包括化纖、動(dòng)物纖維和非棉纖維，如毛發(fā)、絲、麻、塑料膜、塑料繩、染色線等。在紡紗過程中，異纖很容易斷裂或分成較短、較細(xì)的纖維，或破碎成纖維狀的小瑕疵。這些缺陷很容易導(dǎo)致細(xì)紗斷裂，降低工作效率。織布染色后，布面會(huì)出現(xiàn)各種色點(diǎn)，嚴(yán)重影響布面的外觀質(zhì)量。

光電類型是用光電三極管識(shí)別棉花中的異常纖維，主要通過異常纖維和棉花的色差反映光電管的電流差異，通過信號(hào)放大和處理比較來識(shí)別異常纖維。該方法原理簡(jiǎn)單，制造成本低。但由于異纖是通過色差識(shí)別的，所以不能識(shí)別與棉花相似顏色的異纖，也不能識(shí)別棉花中大量的白色丙綸絲。也無法識(shí)別有色細(xì)小異纖。大量試驗(yàn)表明，如頭發(fā)或相同大小的有色異纖，在高速運(yùn)行時(shí)，光電管無法識(shí)別，只能識(shí)別大組或一定體積的有色異纖。整機(jī)異纖檢出率不高，只適粗檢異纖。

超聲波傳感器將超聲波發(fā)送到棉花上，然后檢測(cè)反射信息。當(dāng)棉花中有異纖時(shí)，由于異纖反射的信號(hào)強(qiáng)于棉花，經(jīng)信號(hào)處理比較識(shí)別后識(shí)別異纖。因此，無論異纖是什么顏色，都可以通過物體表面的密度差來識(shí)別異纖。但是超聲波畢竟是聲波，傳輸速度不如光波快，異纖的識(shí)別反射速度慢。當(dāng)異纖在通道中飛行太快時(shí)，識(shí)別起來就太晚了。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，較大團(tuán)塑料薄膜、紙片、布片、成團(tuán)的異纖都能檢出。由于超聲反應(yīng)速度慢，無法識(shí)別小異纖，因此應(yīng)用受到限制。

光學(xué)CCD成像采用白色丙烯酸絲（編織絲）在紫外線熒光效應(yīng)（紫外線熒光效應(yīng)）下檢測(cè)，也可利用一些有色纖維和棉纖維的顏色差異，反映成像灰度差異（主要檢測(cè)表面纖維），塑料在偏振光中形成彩色圖案，棉籽等非彩色也可作為可見光分選。在紅外光下，不同纖維在不同波長下具有不同的吸收特性CCD灰度不一致的圖像可用于區(qū)分內(nèi)部雜質(zhì)。

棉花異纖檢測(cè)模塊的檢測(cè)檢測(cè)設(shè)備主要采用線陣CCD 從2048年到4096年，彩色相機(jī)的線陣像素 ，幀率為1024～1450fps，一般使用2個(gè)CCD 攝像機(jī)。部分設(shè)備采用光電感應(yīng)器(光敏三極管) 和超聲檢測(cè)技術(shù)。光源主要包括熒光燈和紫外線燈，形成可見光和紫外線波段，適應(yīng)不同雜質(zhì)的分段檢測(cè)。大多數(shù)設(shè)備使用數(shù)據(jù)采集卡來收集數(shù)據(jù)，少數(shù)設(shè)備使用數(shù)據(jù)DSP處理系統(tǒng)。

工業(yè)分類示例：塑料分類

在廢塑料的回收過程中，最困難的是從材料上細(xì)分塑料。目前，世界各國對(duì)廢塑料的分揀和回收仍采用人工分揀的方法。人工分揀的方法一方面效率低下，另一方面容易出錯(cuò)。隨著人力資源的逐漸短缺和勞動(dòng)工資的不斷提高，廢塑料的回收問題越來越大。

以最常見的PE/PVC/PET以三種材料為例，在AOTF于1650nm圖像采集。可見PE材料吸收能力強(qiáng)。然后提取三種材料的取三種材料的灰度值nm-1680nm1650光譜曲線可見nm附近還有兩種材料PE材料具有更強(qiáng)的吸收效果。最后，通過圖像算法和偽彩處理效果圖。可以看出，選擇兩個(gè)波段可以很明顯PE區(qū)分材料。