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
固定SWIR051AU相机，调整塑料管位置使其位于镜头视野中央。
手动调节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）。
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。
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 | 图像整体亮度提升，明暗对比增强。 |
| 4 | SWIR051AU | 加装1300nm滤光片 | 筛出掉1300nm波长外其他的光，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
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。
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。
使用建议：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。