如何利用SWIR溅射涂层干涉滤光片帮助检测食品质量

对于食品和饮料行业，短波红外（SWIR）成像正被用于食品和食品包装应用中以检测差异。以下介绍了这项技术是如何工作的以及照明和滤光片在推进这一机器视觉解决方案的好处中所扮演的角色。

SWIR的工作原理

SWIR成像使用低频光，使其能够以与可见光相机截然不同的方式看到许多物体。例如，SWIR相机可以看透塑料和各种液体材料，这给了SWIR机器视觉系统相对于VIS-NIR系统检测食品质量的一个主要优势。

在SWIR技术中实施高质量的光学滤光片提高了对比度，从而在机器视觉应用中实现了更好的可靠性。滤光片具有一个带通特性，决定它将允许哪些波长通过以及将阻挡哪些波长。虽然传统的彩色滤光片提供单一的带宽和效果较差的通带形状，但溅射涂层滤光片可以在不损失对比度或分辨率的情况下捕捉单个或多个带宽的图像。即使在高频或亮光源的环境中，溅射涂层滤光片也能与各种视觉系统（包括SWIR）配合工作，从而改善了对比度。

图1：射涂层滤光片为机器视觉提供了亮度和对比度的**组合

LED的进步加速了机器视觉的发展

随着LED技术在成本、效率和输出强度方面的改进，LED照明已经取代了传统的照明源。小型、集成的LED阵列使用寿命更长，提供更强烈的光线以及更短的闪烁开/关周期。传统的灯光如白炽灯或卤素灯泡需要更多时间才能达到全强度并关闭，而LED可以更快地完成这个周期，速度快了几个数量级。这种以极大的强度快速循环开启和关闭的能力，创造了能够以每秒超过100,000次的频率闪烁的灯光阵列，其输出是一些传统照明解决方案的10倍。

对能够在食品和饮料工厂等环境中准确且重复地高速操作的机器视觉系统的需求正在增长，这减少了交货时间并提高了生产率。此外，机器视觉系统正在发展，以将更复杂的任务整合到它们的能力中。自动化食品检查和分类任务可能成本高昂，因为很难在不干扰生产速度的情况下捕获维持质量所需的数据。幸运的是，随着LED和滤光片技术的进展，进入门槛降低了，使得像SWIR这样的机器视觉解决方案更加可及。

图2：于其水分含量，水果上的瘀伤会在SWIR图像上显示为黑色块。图片来源：Smart Vision Lights

通过滤光片和SWIR技术获得更美味的食物

其他SWIR应用包括肉类检查。食品行业的集成商正在使用SWIR LED和配备溅射涂层滤光片的灰度InGaAs相机来确定肉类的年龄、等级、损伤、疾病和骨骼位置。除了确保食物安全外，这项技术产生的数据，当与基本算术结合时，可以产生一张以高对比度突出骨骼和各种组织的图像。

美国农业部和其他组织使用分级系统来评定肉类中大理石纹理的质量。大理石纹理——即肉类中脂肪和肌肉的比例——与产品的风味和质量有关。准确捕获大理石纹理数据可以确保经济高效、无偏见的食品分级和检查。自动化视觉系统检查、分级和检测任何类型肉类中特定特征的能力，确保产品得到适当的美国农业部评级。此外，这种级别的食品检查使公司能够为高端切割肉收取溢价。

图3：典型的InGaAs SWIR相机提供灵敏度，以准确捕获食品数据。

衰减不需要的光

传统滤光片具有高斯带通形状。彩色滤光片的缓斜坡允许更多不需要的光，或噪声，进入图像。随着视觉应用的发展并被要求以更高的速度执行更复杂的任务，尽可能减少不需要的光变得至关重要。溅射涂层滤光片具有方形带通形状，可以精确调节它允许通过系统的波长范围。在理想的机器视觉环境中，除了检测所需物体和特征所需的光线之外，不会有其他光源存在。环境光、窗户甚至激光都可能干扰成像系统。虽然一个没有不需要的光的环境是不现实的，但像Chroma的ContrastMax这样的溅射涂层滤光片由于其方形带通形状，可以衰减多达95%的不需要的光。

此外，食品和饮料公司可以依靠SWIR机器视觉与溅射涂层滤光片的能力和准确性来改善已经安装的机器视觉系统，推迟甚至消除对昂贵升级的需求。如果需要新的视觉系统，现有的溅射涂层滤光片和先进的照明可以弥补较不先进且更具成本效益的相机和镜头的不足。公司在降低成本并提高投资回报率的同时，达到质量和生产目标。

图4：射涂层滤光片具有方形带通形状，可以精确调节它允许通过系统的波长范围。所示的ContrastMax滤光片通带中心位于常见LED的峰值波长处。

自动化食品行业的未来

可以为单个或多个带宽设计溅射涂层滤光片的容差，以提高机器视觉的准确性和可靠性，并减少误读。尽管溅射涂层滤光片能够准确接受和阻挡单个或多个带宽，但机器视觉系统仍然不应完全依赖外部光源。机器视觉应用应具有专用照明系统，以确保成像系统的能力不会降低。有了SWIR、溅射涂层滤光片和正确的照明，机器视觉系统可以从单个光源和相机同时驱动质量检查和自动化控制。

食品行业的制约因素正在推动自动化和视觉技术的趋势，以增加生产并降低成本，同时保持或提高质量。随着人口的增长，有效且快速地生产高质量食品是一个日益增长的关切。像机器视觉这样的技术提高了自动化并加速了制造生产。机器视觉通过检查和快速检测肉类等特征（如优质切割肉）来提高食品安全性和利润，而不干扰生产流程。SWIR机器视觉系统和溅射涂层滤光片扩展了食品行业的能力，同时确保了您餐桌上及其他地方食物的安全和质量。

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