Рынок SWIR камер будет расти со скоростью 7.1% в год в период 2018-2025 гг.

Рынок SWIR камер будет расти со скоростью 7.1% в год в период 2018-2025 гг.

Рынок SWIR камер будет расти со скоростью 7.1% в год в период 2018-2025 гг.

Что такое SWIR-диапазон

SWIR-излучение (SWIR — short wave infrared — коротковолновый инфракрасный диапазон) – это общепринятое название светового излучения в диапазоне электромагнитных волн 0,9 – 2,5 мкм. SWIR съемка требует особых оптических компонентов, работающих в диапазоне короткого ИК. Типичными сенсорами, используемыми при съемке в SWIR диапазоне, являются сенсоры на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), способные захватывать область от 550 nm и вплоть до 2,5μm.

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR-излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. Производимые сенсоры на основе InGaAs могут быть исключительно чувствительными, «подсчитывающими» буквально каждый фотон. Поэтому, камеры с встроенными в фокальные плоскости матрицами, которые насчитывают тысячи или миллионы точечных сенсоров, или пикселов, способны работать в условиях глубокой темноты.

Очки ночного видения, которые используются уже несколько десятилетий, работают по принципу обнаружения и усиления в так называемых трубках интенсификации (I-Squared) отраженного света, который исходит от звезд или окружающих объектов. Данная технология хорошо подходит для очков ночного видения. Но при возникновении необходимости передачи изображения на расстояние (например — в разведывательный центр), нельзя воспользоваться ни одним методом, который бы был полностью надежен и не ограничивал чувствительность (например, ПЗС с оптическим усилением). А так как пользовательский интерфейс SWIR-сенсоров конвертирует свет в электрический сигнал, эти сенсоры совместимы с технологиями накопления и передачи сигналов.

Диапазоны излучения и работающие в них датчики

Диапазоны излучения и работающие в них датчики

В отличие от излучения среднего ИК и длинного ИК диапазонов, которые исходят от самих объектов, SWIR-излучение близко к видимому диапазону в том, что фотоны либо отражаются, либо поглощаются объектами, и это свойство обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для изображений с высоким разрешением. Атмосферное звездное свечение и фоновое излучение (ночное сияние) являются естественными источниками света SWIR диапазона и великолепной подсветкой объектов при ночной уличной съемке. Производимые сенсоры на основе InGaAs могут быть исключительно чувствительными, «подсчитывающими» буквально каждый фотон. Поэтому, камеры с встроенными в фокальные плоскости матрицами, которые насчитывают тысячи или миллионы точечных сенсоров, или пикселей, способны работать в условиях глубокой темноты.

Очки ночного видения, которые используются уже несколько десятилетий, работают по принципу обнаружения и усиления в так называемых трубках интенсификации (I-Squared) отраженного света, который исходит от звезд или окружающих объектов. Данная технология хорошо подходит для очков ночного видения. Но при возникновении необходимости передачи изображения на расстояние (например — в разведывательный центр), нельзя воспользоваться ни одним методом, который бы был полностью надежен и не ограничивал чувствительность (например, ПЗС с оптическим усилением). А так как пользовательский интерфейс SWIR-сенсоров конвертирует свет в электрический сигнал, эти сенсоры совместимы с технологиями накопления и передачи сигналов.

Другим исключительным преимуществом SWIR приборов является возможность использовать их в ночное время. Атмосферное явление, известное как свечение ночного неба, излучает в пять-семь раз больше света, чем звездное свечение, и практически весь этот свет находится в диапазоне SWIR. Таким образом, SWIR камеры вместе с ночным свечением – часто называемым ночным свечением атмосферы – позволяют «видеть» объекты с большой четкостью в безлунные ночи и передавать такие снимки по сетям, т.к. никакие другие приспособления для съемки этого не делают. Без особых усилий хорошую чувствительность показывают приборы на основе InGaAs уже при комнатной температуре. Фактически камеры с сенсорами InGaAs могут быть небольшими и потреблять очень мало энергии, но выполнять значительные задачи. Сенсоры InGaAs ранее нашли применение в телекоммуникационной отрасли, т.к. они обладают чувствительностью к свету, используемому в оптоволоконных сетях большой протяженности, обычно на уровне 1550 нм. Диоды и матрицы все еще используются в телекоммуникации, часто в оптических мониторах вместе со спектрометрами, которые работают в диапазоне SWIR.

Если использовать SWIR подсветку 1,55 мн лазеров или светодиодов, можно скрытно освещать объект, который становится видимым для SWIR камер. Например, так можно освещать дорогу военным грузовикам при недостаточном ночном свечении (если путь пролегает сквозь густой лес или по тоннелю) для обеспечения безопасного передвижения по вражеской территории. Камерам InGaAs с пользовательским интерфейсом невозможно найти замену в таких ситуациях. А с учетом того, что они безопасны для зрения, количество ограничений по их использованию невелико. Так как SWIR-волны проходят сквозь стекло, объективы и другие оптические компоненты (оптические фильтры и окна), предназначаемые для SWIR съемки, могут изготавливаться по тем же технологиям, которые используются для компонентов видимого диапазона, что снижает издержки производства и делает возможным использование фильтров и окон в рамках одной системы. Приборы SWIR применяются там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно. Водяной пар, туман и такие вещества, как силикон, прозрачны для SWIR волн. Кроме того, цвета, которые являются практически идентичными в видимом диапазоне, легко различаются в диапазоне SWIR.

Свойства коротковолнового излучения таковы, что фотоны, регистрируемые светочувствительным сенсором, могут как отражаться от объекта наблюдения, так и поглощаться им, что обеспечивает широкий динамический диапазон, необходимый для достижения высокой контрастности, детализации, цвета и насыщенности получаемого изображения. Камеры, работающие в диапазоне SWIR, показывают впечатляющие результаты при использовании в ночное время. Естественная освещённость ночного неба «подсвечивает» наблюдаемые объекты, что позволяет достичь большой чёткости изображения. Кроме того, SWIR камеры позволяют получать точную, качественную информацию в любых погодных условиях, что выгодно отличает данный вид приборов от аналогичных систем наблюдения и визуализации.

Основные преимущества камер SWIR диапазона:

  • возможность использования в любое время суток и сложных климатических условиях;
  • обеспечивает обнаружение замаскированных объектов и источников возгораний;
  • способность обнаружения источников лазерного излучения на длине волны 1,54мкм, применяемых в дальномерах;
  • возможность совмещения канала наблюдения SWIR диапазона и лазерного канала с длиной волны 1.54 мкм для подсветки и целеуказания.

Дополнительные преимущества камер SWIR диапазона:

  • низкое энергопотребление;
  • более низкая стоимость, чем у тепловизионных приборов;
  • высокая разрешающая способность;
  • отсутствие необходимости глубокого охлаждения;
  • возможность использования серийных бюджетных объективов видимого диапазона;
  • компактность.

Применение SWIR камеры для работы в условиях плохой видимости

Камера видимого диапазона и камера SWIR-диапазона

Камера видимого диапазона и камера SWIR-диапазона

Прогнозы рынка

Согласно прогнозу фирмы по исследованию рынка Esticast Research & Consulting рынок коротковолновых инфракрасных камер SWIR-диапазона будет увеличится в совокупном среднегодовом темпе роста 7.1% в течение 2018-2025 гг. Этот прогноз включает т.н. линейные камеры, которые считывают данные изображения построчно, т.е. изображение захватывается камерой не как единое целое, а строка за строкой, которые будут расти на 8.31%. в год.

История и прогноз развития рынка SWIR-камер

История и прогноз развития рынка SWIR-камер

Основные игроки рынка

США — крупнейший потребитель технологии SWIR, которая используется для решения проблем национальной безопасности, включая предотвращение террористических нападений, разливов нефти в морской среде и других общественных проблемах.
В 2013 Научно-исследовательская лаборатория ВВС США (AFRL) на авиационной базе ВВС в Master-Patterson, Огайо, выпустила объявление агентства для программы «Промышленная база для недорогой SWIR-камеры». Кроме того, инициативы, взятые на себя американским правительством для развития биологических наук и сельского хозяйства, заставляют местные власти уделять больше внимания НИР методов отображения, открывая пути роста для рынка. Однако, в 2018–2025 гг и рынки азиатских стран, таких как Индия и Китай, как ожидаются, также будут расти высокими темпами.

В настоящее время есть много стран, имеющих дело с огромными пограничными спорами и террористическими угрозами. Это привело к увеличению проблем безопасности среди соответствующих правительств, заставив их принять последние компоненты защиты. SWIR-камеры могут быть установлены на грузовиках, зданиях и беспилотных воздушных транспортных средствах (БПЛА) и могут обнаружить любую деятельность человека или угрозу, даже в темных и туманных ситуациях. Кроме того, такие камеры предпочтительны для геологов при изучении различных физических аспектов земли.

Крупные участники рынка (включая компании Sensors Unlimited, Xenics, Photonic Science, Princeton Instruments, Axiom Optics, New Imaging Technologies, IR Cameras, Atik Cameras, and Raptor) инвестируют значительную долю своего дохода в НИР, чтобы начать производство усовершенствованных продуктов. В мае 2017 г. компания Princeton Instruments разработала новый класс высококачественного InGaAs, который используется Массачусетским технологическим институтом (MIT) для создания датчиков. В январе 2018 г. SCD SemiConductor Devices (Израиль) приобрела американскую компанию Quantum Imaging с намерением усилить и расширить позиции SCD на американских рынках защиты и национальной безопасности.

По материалам semiconductor-today.com