了解紫外线
紫外(UV)光占太阳总输出光线的10%,但人眼完全看不见。紫外光波长分为三个范围,分别为:UVA、UVB和UVC。最短波长的紫外光(100-280nm)大部分被大气阻挡。
出于成像目的,UVB(280-320nm)和UVA(320-400nm)是成像的常见波长。即使UVC光能够到达相机传感器,随着UV光谱中光波长缩短,传感器中有机硅的反应也会越来越弱。
与UVC一样,UVB被大气部分阻挡。然而,它比UVA更难用相机检测。可成像的最常见紫外光波长在UVA光谱中。到达地球的太阳紫外光辐射的95%是UVA光,剩下的是UVB光。
玻璃对紫外成像的影响
紫外成像的一个重大挑战是玻璃会吸收紫外光这一事实。因此,只有用纯度极高玻璃(二氧化硅,杂质极少)制成且采用特殊设计的光学元件,才能充分地利用被成像的全部紫外曝光。铁和钠等杂质在玻璃中很常见,是大多数紫外光被吸收的原因。
在图2中,上方的图像是在室外拍摄的,下方的图像是在室内从窗户后面拍摄的。图2下方图像中的玻璃显示,大部分光线被相机前的玻璃吸收后紫外曝光量减少。因此,在对紫外光敏感的对象进行成像时,尽量减少使用玻璃有助于曝光和捕捉更多的细节。
使用相机滤光片对紫外光进行成像
——可视化防晒霜的功效
通过一个简单的实验来确定防晒霜的功效。使用Teledyne Lumenera Lt345R黑白相机(带红外阻挡滤光片),结合MidOpt BP324带通滤光片,观察防晒霜对紫外光的吸收量。Lt345R黑白相机中使用的红外阻挡滤光片通常用于Teledyne Lumenera彩色相机。
在此案例中,该滤光片与黑白相机一起使用,以说明BP324的传输带以710nm为中心(参见图3)。这样,图像传感器只能接收260-390nm之间的紫外光,或者更准确地说,是280-390nm之间的紫外光。由于UVC主要被大气阻挡,传感器几乎无法记录如此短波长的紫外光。鉴于有机硅对紫外光的敏感性非常低,并且使用滤光片组合进一步降低了透光率,因此在晴天通过提高增益和增加曝光时间来捕捉图像。
在图4中,防晒霜涂在实验对象的右臂(图像左侧)上。深色调突出了被手臂上防晒霜吸收的紫外光。黑白相机将被吸收的紫外光可视化为强烈的对比度,因为没有“颜色”可归因于图像右侧手臂反射的光线,因为紫外光不在可见光谱范围内,必须以强度来衡量。
通过这种设置,可以根据防晒霜导致手臂的明暗程度来测量紫外光的强度。为了显示紫外光强度的差异,在图5中将不同防晒系数(SPF)值的防晒霜涂在手臂上。随着SPF值的增加,深色调的梯度变化越来越强。但是,SPF 60的色调在视觉上并不比SPF 30深。因此,防晒霜的用量或涂抹的均匀程度也可能减少紫外光的吸收。这个例子表明,SPF值并不是影响防晒效果的唯一因素。