原创 基于SWIR0503AU短波红外相机的海上人员搜救模拟实验——动态水面成像应用探索

在海上搜救过程中，海面薄雾、复杂光照以及波浪扰动等因素可能影响可见光相机对落水人员的观测，增加远距离人员搜寻的难度。短波红外成像具有不同于可见光的光谱响应特征，阿秒科技使用SWIR0503AU短波红外相机开展室内水面模拟实验，通过制造不同程度的水面波动和水花飞溅，观察短波红外相机对动态水体的成像表现，为后续开展水面人员目标识别及海边实景搜救成像实验提供参考。

一、应用背景及原理

海上人员搜救是海洋安全保障中的重要应用场景，在薄雾等低能见度环境下，空气中的悬浮水滴会对可见光产生散射，使图像对比度下降，远处人员目标容易与海面背景混合，给传统可见光成像设备的观测和识别带来困难。短波红外（SWIR）成像能够提供不同于可见光的光谱信息。水体在短波红外波段具有较强的光谱吸收特性，而人体皮肤及不同衣物材料具有各自的光谱反射特征。这种光谱响应差异为区分人员目标与水体背景提供了可能。

通过短波红外相机获取海面图像，可以探索利用人员与水体之间的图像灰度或光谱响应差异，提高人员目标在水面背景中的可辨识度。同时，结合高速成像能力，还可以连续记录波浪、水花以及人员目标的动态变化，为海上人员搜寻和救援提供辅助成像信息。

二、实验设计

考虑到真实海浪实验受到场地、天气和环境条件等因素限制，本次实验采用室内水盆中水体晃动模拟海浪，选取较轻的手套碎片模拟落难人员漂浮目标。主要考虑到材质轻，能够在水面上形成一定的漂浮状态，且手套与水体在短波红外波段具有不同的材料光谱响应特征，可以初步观察漂浮目标与水体背景之间的成像差异，为实际海上人员与水面背景的区分提供实验参考。

实验准备一个盛有适量清水的透明水盆，通过晃动透明水盆，使水盆中物体随水体波动。使用阿秒科技SWIR0503AU短波红外相机对其过程进行成像，观察晃动的水体和水体中的物体在画面中的呈现。

三、测试设备与参数

四、测试步骤

实验主要分为三个阶段：

1. 平静水面成像

在实验开始时，保持水面相对平静，使用SWIR0503AU拍摄处于透明水盆中水体和物体的情况，记录水体在短波红外波段下的基础成像状态，为后续动态实验提供对照。这一阶段模拟在平静海面上对人员的观测。

2. 水面波动模拟

通过不同方向的轻微晃动水盆，使水体产生连续波纹和波浪。随着水盆的晃动，水面逐渐形成不同形态的波峰和波谷。通过短波红外相机连续拍摄，可以记录水面波动过程的变化和物体的情况。这一阶段模拟海浪较小的情况下，对海上人员进行观测。

3. 水花飞溅模拟

进一步加大水盆的晃动幅度，使水体产生更加明显的波动，甚至出现水花飞溅等现象。这一阶段主要模拟海浪拍打、浪花飞溅等场景下，对海上人员的捕捉，考察相机对快速变化水体和飞溅水花时对水体中物体的捕捉能力。

五、成像结果

水面平静下，短波红外相机拍摄

图1.水面平静下，短波红外相机拍摄

缓慢晃动塑料水盆短波红外相机成像

图2.缓慢晃动塑料水盆短波红外相机成像

进一步加剧晃动短波红外相机成像

图3.进一步加剧晃动短波红外相机成像

六、结果分析

1.现象记录

随着水体晃动程度的增加，水面由相对平静逐渐转变为明显波动，并进一步出现水体飞溅现象。SWIR0503AU能够对上述不同状态下的水体和漂浮物进行成像，为观察和记录动态水面提供了图像数据。其中，在剧烈晃动阶段，水体具有运动速度快、形态变化明显等特点。SWIR0503AU最高400 fps的全幅成像速度，有助于提高对快速运动过程的时间采样能力。

2、向海边实拍的参数调整

本次实验主要在室内近距离环境下进行，工作距离约为2 m。如果将实验场景拓展到真实海边环境，拍摄距离可能增加至数十米甚至数百米。为了在较远距离下有效观测海面上的人员目标，需要重点考虑镜头焦距调整、工作距离调整和空间分辨率调整。

七、结论

从室内水盆模拟实验得知，动态水面成像对相机的光谱响应能力、成像速度和空间分辨能力都有一定要求。本次实验利用透明水盆制造不同程度的水面波动，并使用手套碎片模拟海面漂浮目标，通过阿秒科技SWIR0503AU短波红外相机记录水体及漂浮目标在不同扰动状态下的成像表现，初步探索了短波红外相机在动态水面背景下进行目标观测的应用潜力。

SWIR0503AU短波红外相机为水面动态成像和后续海洋环境观测实验提供了新的设备选择。未来，通过进一步开展海边实景拍摄，可以探索短波红外相机在真实海浪运动记录和水体光谱特性研究中的应用价值。