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SBIR NIR/SWIR相機測試系統：精確表徵近紅外光與短波紅外光成像性能

SBIR NIR/SWIR相機測試系統
精確表徵近紅外光與短波紅外光成像性能

近紅外光 (NIR) 與短波紅外光 (SWIR) 光譜區段，通常涵蓋約 700奈米 (nm) 至 2500奈米 (nm) 的波長範圍，由於其獨特的光學特性與多樣化的應用潛力，已成為現代光電成像技術中一個快速發展且日益受到重視的領域，NIR/SWIR 相機，特別是採用 CCD (Charge-Coupled Device) 或更先進的 InGaAs (砷化鎵銦) 等感測器的相機系統，能夠捕捉到傳統可見光相機無法探測到的資訊，例如：SWIR 波段的光線能夠在一定程度上穿透煙霧、薄霧、以及某些種類的塗料和塑料，使其在惡劣天候或特殊遮蔽條件下的觀測成為可能；同時，不同物質在此波段具有獨特的吸收或反射光譜特徵，為材料識別、成分分析提供了有力的工具，這些特性使得 NIR/SWIR 相機在眾多高要求的產業應用中扮演著關鍵角色，包括：

  • 工業製造與品質控制：
    例如：在半導體產業中進行矽晶圓內部缺陷檢測、太陽能電池的電致發光/光致發光檢測、農產品分選（如檢測水果的糖度、水分含量或隱藏性損傷）、紡織品與塑料的回收分類、以及食品加工過程中的異物檢測與品質監控等。
  • 國防安全與遙感探測：
    例如：增強型夜視系統（能夠看到雷射指示器的光點，或在特定條件下提供優於傳統影像增強管的細節）、邊境與周界監控（尤其在需要識別偽裝或穿透迷彩的場景）、機載或星載的遙感探測（用於植被健康評估、礦產資源勘探、環境污染監測等）。
  • 科學研究與醫療診斷：
    例如：在高光譜成像中獲取物質的精細光譜資訊、天文觀測中探測宇宙深處的紅移天體、藝術品真偽鑑定與修復分析、以及在醫療領域中進行無創的靜脈顯像、組織成分分析或手術導航輔助等。

鑒於 NIR/SWIR 相機在這些關鍵應用中的重要性，對其各項性能指標進行全面、精準且可重複的測試與特性分析，成為確保其滿足特定應用需求、達到設計規格並維持產品質量一致性的核心環節，這些測試不僅對相機製造商的研發與生產至關重要，也對系統整合商和最終使用者的設備選型與驗收具有決定性的指導意義。

Santa Barbara Infrared (SBIR) 為此提供一系列先進的可見光目標投影儀測試系統，這些系統經過精心設計，專門用於全面驗證和精確表徵您所使用的近紅外光/短波紅外光 (NIR/SWIR) CCD 相機系統的各項性能，SBIR 的可見光目標投影儀系統能夠有力支援多種在可見光至 SWIR 波段範圍內的關鍵測試項目，這些項目涵蓋了從基本感光性能到複雜成像品質的各個方面，主要包括：

  • 雜訊等效輸入 (Noise Equivalent Input, NEI)：
    此參數用以表徵相機系統的極限探測能力，指產生等於系統自身雜訊均方根值的輸出訊號時所需的最小輸入輻射功率或光子數，NEI 值越低，代表相機對微弱訊號的探測能力越強。
  • 光軸校準 (Boresight)：
    確保相機的光學軸線與其機械安裝參考基準或系統中其他光學儀器（如雷射指示器、測距儀等）的軸線精確對準，對於多感測器融合與精確定位至關重要。
  • 靈敏度 (Sensitivity)：
    常以訊號傳遞函數 (Signal Transfer Function, SiTF) 來表徵，描述相機輸出訊號（通常為數位值）與輸入光照強度之間的關係，反映了相機的光電轉換效率和響應特性。
  • 聚焦 (Focus)：
    主要透過調變轉換函數 (Modulation Transfer Function, MTF) 進行客觀量測，MTF 是評估相機系統成像銳利度、細節分辨能力的核心指標，描述了系統對不同空間頻率對比度的傳遞能力。
  • 解析度 (Resolution)：
    常使用最小可解析對比度 (Minimum Resolvable Contrast, MRC) 或其他標準解析度靶標進行綜合評估，MRC 衡量觀察者或演算法能夠從背景中分辨出具有極低對比度目標的極限能力，是評價相機在特定條件下分辨細微差異能力的關鍵指標。
  • 失真 (Distortion)：
    評估相機成像的幾何準確性，量化圖像相對於原始場景的形狀偏差程度。
  • 均勻性 (Uniformity)：
    通常指非均勻性校正 (Non-Uniformity Correction, NUC) 後的圖像均勻度，評估感測器各個像元響應的一致性，良好的均勻性對於後續的圖像分析與量測至關重要。
  • 視場 (Field of View, FOV)：
    定義相機系統能夠觀測到的角度範圍或空間區域，是系統設計時需要根據應用需求確定的重要參數；以及更多其他的特定測試項目。


圖1：SBIR 目標投影儀系統中使用的精密目標輪及典型測試靶標圖案，例如用於評估 NIR/SWIR 相機解析度、MTF 及失真的標準圖案。

這些功能完善的目標投影儀系統，其標準配置通常包含高光學品質的準直儀 (collimator)，用於將測試靶標精確投影至無窮遠，模擬真實觀測場景；一個可提供均勻且亮度可調的可見光積分球光源（例如 SBIR 的 Infinity VSX 寬頻光源，其光譜範圍可覆蓋 NIR/SWIR 區域），用於進行靈敏度測試、平場校正以及 NEI 等參數的量測。



圖2：SBIR Infinity VSX 系列積分球光源，為 NIR/SWIR 相機測試提供穩定且高度均勻的寬頻譜照明，是進行精確輻射度量測與感測器特性分析的理想選擇。

此外，系統還包含可自動切換多種標準測試圖案的多位置目標輪，以及選配的濾光片輪，用於選擇性地衰減特定波長的光線，或進行特定光譜波段下的性能測試，例如評估相機的光譜響應特性。


圖3：一套完整的 NIR/SWIR 相機實驗室測試系統配置範例，整合了目標投影儀、可見光積分球光源、待測相機精密調整平台以及由 IRWindows™ 自動化測試軟體驅動的控制與數據分析工作站。

若將 SBIR 公司廣受業界好評的自動化測試軟體套件——IRWindows™4（目前已發展至功能更為強大和完善的 IRWindows™5 版本）——無縫整合到此精心設計的硬體系統中，便能構建出一套高度集成且功能完善的統包式 (turnkey) 測試系統，從而能夠在對環境條件有嚴格要求的實驗室環境或追求高效率、高產出的生產環境中，可靠地執行快速、準確且高度可重複的自動化測試序列，並自動完成數據採集、精密分析及標準化報告生成等任務。

結論與展望

Santa Barbara Infrared (SBIR) 所提供的可見光目標投影儀測試系統，為近紅外光/短波紅外光 (NIR/SWIR) CCD 相機系統的全面性能驗證與精確特性分析提供了強大而可靠的解決方案，這些系統透過整合高品質的準直儀、均勻穩定的可見光積分球光源、靈活配置的多位置目標輪以及可選的濾光片輪，能夠精確模擬各種測試條件，支援從基本的 NEI、SiTF、FOV 到複雜的 MTF、MRC、失真和均勻性等全方位的性能參數測試，更重要的是，當與功能強大的 IRWindows™ 自動化測試軟體相結合時，即可構成一套高效的統包式測試系統，大幅簡化了測試流程，提高了測試數據的準確性與可重複性，無論是在產品研發階段的特性摸底、生產過程中的品質管控，還是最終使用前的性能驗收，SBIR 的解決方案都能為使用者提供堅實的技術保障。

展望未來，隨著 NIR/SWIR 感測器技術的持續進步，例如：更高解析度、更寬動態範圍、更低雜訊水平、更快幀率以及多光譜甚至高光譜成像能力的發展，對相應測試系統的測試精度、自動化程度、數據處理與分析能力以及對新興性能指標的評估能力都將提出更高的要求，SBIR 將持續致力於技術創新，開發更先進的測試設備與軟體演算法，以滿足不斷演進的市場需求，例如提供更寬光譜範圍的校準光源、更高空間頻率的測試靶標、以及更智能化的數據分析與故障診斷功能。

對於台灣的客戶，若您正在尋求專業的 NIR/SWIR 相機測試解決方案、需要建置或升級客製化的光電測試系統，或是期望提升現有測試流程的自動化水平與數據分析能力，奧創系統 作為 SBIR 在台灣的緊密合作夥伴，是一家專業的解決方案與系統整合提供者，奧創系統的核心價值專注於深刻理解客戶在 NIR/SWIR 成像與測試領域的獨特需求與應用挑戰，並充分運用 SBIR 全球領先的先進測試技術與豐富的產品線資源，為客戶提供從初期的需求分析、詳盡的系統規劃、客製化的方案設計、精密的設備整合安裝調試，到完善的人員操作培訓以及可靠的售後技術支援與維護的全方位、一站式服務，我們經驗豐富的技術團隊能夠協助您將 SBIR 的尖端測試設備，包括高精度可見光/NIR/SWIR目標投影儀、均勻穩定的積分球光源 (如 Infinity VSX 系列)、精密準直儀、可靈活配置的目標輪以及功能強大且易於操作的 IRWindows™ 自動化測試軟體等，高效且無縫地整合到您的研發實驗室或生產測試流程中，並可依照您的特定應用需求提供高度客製化的系統配置方案與專業技術支援，確保您的 NIR/SWIR 相機測試工作能夠達到最高的精確度、可靠性與執行效率，從而加速您的產品開發進程，提升產品質量，並增強市場競爭力。

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