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一、实验目的

针对可见光下不透明塑料瓶内部液位难以直接观察的问题，本文采用阿秒科技SWIR051AU短波红外相机对装有酒精、水、油、清洁液和洗洁精的不透明塑料瓶进行成像实验，并与可见光成像对比，评估短波红外相机成像结果。

二、应用背景与原理

1.应用背景

在化工、制药、食品饮料及日化产品生产中，液位检测是质量控制的关键环节，而许多容器采用不透明塑料材质以保护内容物或满足结构强度要求。传统可见光相机无法穿透这类瓶壁，肉眼更无法直接观察内部液位，因此需要一种能够透视不透明塑料的成像手段。

2.应用原理

短波红外成像则提供了一种非接触式的光学方案，多数在可见光下不透明的塑料，如PET、PP、HDPE等在SWIR波段具有一定的透射性。瓶内液体与空气对短波红外的吸收、散射和透射特性不同。液体区域和空气区域在短波红外图像中会呈现灰度差异，液位分界线因此可以被识别。

本文选取水、油、洗洁精、清洁液、酒精五种典型液体，在可见光相机、短波红外相机下进行系统的成像对比。

三、测试设备与参数

四、测试步骤

1. 固定SWIR051AU相机，调整塑料瓶位置使其位于镜头视野中央。
2. 手动调节相机焦距及光圈大小，使成像清晰。
3. 选择合适的曝光时间，本次实验曝光时间选用100ms。
4. SWIR051AU相机在室内环境下进行拍摄。
5. 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

1.图像观察结果

可见光相机拍摄

短波红外相机拍摄

2.对比度定性分析

上图分别给出了酒精、水、油、洗洁精、清洁液五种液体在可见光与短波红外条件下的成像对比。在可见光图像中，不透明瓶壁完全遮挡内部，无法观察到液位；短波红外图像中，瓶壁不再完全遮挡，瓶内液体区域与空气区域出现灰度差，液位边界可见。五种液体的液位均可在短波红外图像中识别。

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。

六、结论

本文通过可见光与短波红外成像对比实验，验证了短波红外相机对不透明塑料瓶内液位的成像能力。实验结果表明，可见光条件下无法观察到瓶内液位，短波红外条件下，瓶壁具有一定透射性，瓶内液体与空气形成灰度差异，水、油、洗洁精、清洁液和酒精五种液体的液位均可被识别。研究结果为不透明塑料容器液位检测提供了一种非接触式光学方案。

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