圖1、在可見(jiàn)光和近紫外線波段拍攝的照片。左：彩色，右：近紫外

長(zhǎng)期以來(lái)，許多攝影師都認(rèn)為紫外成像技術(shù)操作起來(lái)既困難又不便，這是因?yàn)槭褂米贤獠ǘ蔚臄z影膠片時(shí)會(huì)遇到諸多難題。而數(shù)字紫外成像技術(shù)正變得越來(lái)越經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并且具備許多此前被忽視的有趣應(yīng)用價(jià)值，而且現(xiàn)在也有能夠覆蓋從 200 納米到 400 納米紫外波段的數(shù)字傳感器可供使用。

反射式紫外成像在成像領(lǐng)域中是一個(gè)頗為神秘的領(lǐng)域。與近紅外成像相比，在互聯(lián)網(wǎng)或文獻(xiàn)中能找到的實(shí)際紫外圖像要少得多。與近紅外波段相比，紫外成像在美學(xué)上的應(yīng)用并未推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。與顯示雪白植被和明亮白色云朵、背景近乎黑色的近紅外照片相比，紫外景觀圖像通常并不那么有趣。在戶外拍攝的純紫外圖像中，藍(lán)色天空看起來(lái)是明亮的白色，遠(yuǎn)處的物體通常呈現(xiàn)出朦朧的外觀，但其他一切看起來(lái)與傳統(tǒng)黑白照片中的情況非常相似。一些婚禮攝影師使用在近紅外波段拍攝的轉(zhuǎn)換型數(shù)碼相機(jī)，以在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下消除皮膚上的瑕疵和缺陷。沒(méi)有人會(huì)想要紫外婚禮照片，因?yàn)槿说钠つw在紫外線波段上有著糟糕的外觀，如圖 1 所示。

在本次討論中，為了便于闡述，我們可將紫外光譜分為兩類。我們將近紫外波段定義為 300 至 400 納米。在這個(gè)波段進(jìn)行成像可以通過(guò)陽(yáng)光進(jìn)行照明;玻璃光學(xué)元件(透鏡、窗口、濾光片)也可使用。我們將短波紫外波段定義為 200 至 300 納米。正常情況下處這個(gè)波段幾乎沒(méi)有陽(yáng)光，因此拍攝照片時(shí)必須借助人工光源，如汞燈。此外，傳統(tǒng)的 BK-7 玻璃在這個(gè)波段不透明，因此需要使用熔融石英或鈣氟化物光學(xué)元件。

標(biāo)準(zhǔn)的黑白膠片在大約 250 至 400 納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有豐富的紫外響應(yīng)。必須與一種阻擋可見(jiàn)光但能透過(guò)所需紫外波段的屏障濾鏡配合使用。使用黑白膠片和肖特 UG-1 濾鏡拍攝的照片，只要有足夠的近紫外光，其內(nèi)容幾乎完全是近紫外的，只要濾鏡玻璃在 750 納米處有一個(gè)被稱為紅色泄漏的次級(jí)透射峰值。由于黑白膠片對(duì)這些波長(zhǎng)及更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光線相當(dāng)不敏感，因此紅色泄漏對(duì)膠片的影響可以忽略不計(jì)。對(duì)于數(shù)字紫外攝影來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，導(dǎo)致專業(yè)人員和業(yè)余愛(ài)好者都發(fā)布了含有大量紅色或近紅外成分的近乎紫外的圖像?？梢酝ㄟ^(guò)使用低壓汞燈和配備短波紫外光學(xué)系統(tǒng)的膠片相機(jī)，并在上面安裝特殊的帶通濾鏡來(lái)拍攝 254 納米的短波紫外圖像。

在單鏡頭反光(SLR)相機(jī)上使用遮光濾鏡會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，那就是攝影師在濾鏡安裝好后無(wú)法完成構(gòu)圖。紫外的聚焦點(diǎn)與可見(jiàn)光的聚焦點(diǎn)不同，因此拍攝出的照片可能會(huì)模糊。在安裝濾鏡之前，必須先用眼睛對(duì)相機(jī)進(jìn)行預(yù)聚焦，并且要使用高 f/值來(lái)增加景深。使用能阻擋大部分陽(yáng)光的濾鏡和高 f/值設(shè)置意味著即使使用相對(duì)較快的膠片，也需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光。用膠片拍攝紫外場(chǎng)景的不便之處如此之大，以至于這種方法并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用或相關(guān)的詳細(xì)介紹。

紫外波段的電子成像

隨著世界向數(shù)字成像技術(shù)的轉(zhuǎn)變，可見(jiàn)光攝影也相應(yīng)地發(fā)生了變化。攝影師們將標(biāo)準(zhǔn)的彩色數(shù)碼相機(jī)轉(zhuǎn)換成了近紅外波段(750 至 1100 納米)。這種轉(zhuǎn)換通常比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄鄼C(jī)中的硅傳感器本身就對(duì)近紅外光有反應(yīng)，這意味著標(biāo)準(zhǔn)彩色數(shù)碼相機(jī)的制造商必須安裝一個(gè)濾光片來(lái)阻擋近紅外光，以保持正確的色彩平衡。在售后市場(chǎng)轉(zhuǎn)換中，近紅外阻擋濾光片被移除，這樣近紅外光就能到達(dá)傳感器。然后，在鏡頭或傳感器上放置一個(gè)屏障濾光片來(lái)阻擋任何可見(jiàn)光，從而得到純近紅外的數(shù)字圖像。通過(guò)這種方式轉(zhuǎn)換的某些相機(jī)可以在近紅外波段提供連續(xù)的實(shí)時(shí)預(yù)覽，并自動(dòng)調(diào)整曝光和對(duì)焦，即使在近紅外屏障濾光片安裝的情況下也能做到，使得近紅外數(shù)字?jǐn)z影變得非常簡(jiǎn)單。

將這些相同的概念應(yīng)用于近紫外領(lǐng)域的數(shù)字成像時(shí)會(huì)遇到難題，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的硅型電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)探測(cè)器在 700 納米及更長(zhǎng)波長(zhǎng)處的響應(yīng)非常大，但在近紫外波段的響應(yīng)相對(duì)較小，而低于 300 納米的波長(zhǎng)則幾乎完全沒(méi)有響應(yīng)。對(duì)于商業(yè)數(shù)碼相機(jī)而言，情況更為糟糕，因?yàn)槌上駛鞲衅鞅旧韼缀蹩偸菚?huì)在傳感器封裝窗口中內(nèi)置一個(gè)紫外阻擋層。試圖通過(guò)這個(gè)層穿透足夠的近紫外線光可能會(huì)很困難，并且需要很長(zhǎng)的曝光時(shí)間。盡管傳感器上成像的場(chǎng)景中的近紫外含量可能比紅色和近紅外成分高出許多倍，但后者在最終圖像中占據(jù)了主導(dǎo)地位。這個(gè)問(wèn)題的解決方法有兩方面。首先，必須使用一種傳感器，其傳感器窗口或傳感器自身上的抗反射涂層中沒(méi)有內(nèi)置紫外阻擋濾鏡。其次，用于阻擋除近紫外以外的所有輻射的濾鏡必須沒(méi)有明顯的紅色泄漏。

市面上有眾多制造商提供具有紫外線敏感性的 CCD 相機(jī)。價(jià)格差異較大，從低成本的機(jī)器視覺(jué)紫外相機(jī)到科學(xué)級(jí)別的產(chǎn)品都有。其中一些相機(jī)采用了背減薄型 CCD，即硅基板被減薄以防止其在背側(cè)的光電二極管產(chǎn)生載流子之前吸收紫外輻射。背減薄型 CCD 的響應(yīng)范圍可達(dá) 200 納米，因此可用于短波紫外成像，前提是信號(hào)足夠強(qiáng)。一些短波紫外應(yīng)用使用帶有紫外線敏感光電陰極的圖像增強(qiáng)器來(lái)檢測(cè)諸如電力線上的電暈放電等通常非常微弱的信號(hào)。用于短波紫外成像的常見(jiàn)背減薄型 CCD 相機(jī)是索尼 XCD-SX910UV 相機(jī)。這款 200 萬(wàn)像素的相機(jī)以 15 赫茲的頻率拍攝圖像。其光譜響應(yīng)如圖 2 所示。它可用于使用玻璃鏡頭和高質(zhì)量阻擋濾光片拍攝出色的近紫外圖像，以及與汞燈照明結(jié)合使用拍攝短波紫外圖片。

圖2、歸一化到峰值的光譜響應(yīng)

紫外濾光片

一種常用于與硅成像傳感器配合進(jìn)行近紫外成像的商業(yè)濾鏡是巴德勒金星濾鏡。天文學(xué)家使用這種濾鏡來(lái)拍攝金星大氣中的云層圖案。這些云層是由硫酸構(gòu)成的，而在紫外波段具有很強(qiáng)的吸收性，因此在這些照片中會(huì)出現(xiàn)極大的對(duì)比度。巴德勒濾鏡的紅色泄漏量極小，其在 360 納米處的峰值透射率的泄漏量低于 0.1%，比施科特 UG-1 更適合與硅傳感器配合使用。只要通過(guò)使用第二塊濾鏡來(lái)封堵紅色泄漏，就可以使用帶有紅色泄漏的濾鏡。第二塊濾鏡通常由藍(lán)色玻璃制成，它能減少紅色泄漏而不會(huì)破壞紫外透射。

若要生成不含阻擋濾鏡的純近紫外圖像，光源必須富含紫外輻射，同時(shí)盡可能減少可見(jiàn)光或近紅外光的照射，并且環(huán)境光線必須降低至接近于零。如果需要反射的紫外圖像，那么至關(guān)重要的是場(chǎng)景或物體不能有太強(qiáng)的熒光現(xiàn)象，因?yàn)槿绻麤](méi)有可見(jiàn)光阻擋濾鏡，熒光信號(hào)將能夠到達(dá)傳感器。

Newport公司有一系列適用于不同紫外波段成像的紫外帶通濾光片。這些濾光片通常會(huì)有較小的紅色泄漏，其數(shù)值小于 5×10^-3 。它們可以與汞燈配合使用，以生成非常純凈的短波紫圖像。

紫外光源

大多數(shù)紫外成像應(yīng)用都需要外部的紫外光源，除非所關(guān)注的對(duì)象是諸如激光束、高溫火焰或能自身產(chǎn)生紫外輻射的高壓電暈放電之類的東西。用于成像的最常見(jiàn)紫外光源包括直接陽(yáng)光、氣體放電燈和紫外發(fā)光二極管。

太陽(yáng)光譜中富含近紫外光，這是因?yàn)樘?yáng)光球?qū)拥臏囟葮O高。大氣層在可見(jiàn)光波段的透射率較高，但在 400 納米以下開(kāi)始截?cái)噍椛?，而?300 納米處由于臭氧層的存在會(huì)形成硬性截?cái)?。?duì)于許多近紫外成像應(yīng)用來(lái)說(shuō)，直接的陽(yáng)光是一個(gè)極好的紫外光源，但對(duì)于短波紫外應(yīng)用，則需要人工照明。

室內(nèi)幾乎沒(méi)有近紫外光線，因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)代窗戶玻璃都采用了防紫外線涂層。室內(nèi)近紫外應(yīng)用需要的光源不同于傳統(tǒng)的白熾燈或熒光燈，因?yàn)樗鼈兺ǔＶ荚跍p少近紫外線，因?yàn)榻贤饩€會(huì)褪色壁紙和織物，而且也不用于人類視覺(jué)。人工近紫外光源的標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)上是汞氣體放電管。汞在 365 納米處有一個(gè)很強(qiáng)的光譜線(稱為 i 線)。這對(duì)于許多近紫外成像應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常有用的波長(zhǎng)，比例如 396 納米的近紫外 LED 燈來(lái)說(shuō)更有效。與紫外成像相關(guān)的現(xiàn)象通常隨著波長(zhǎng)的降低而改善，而且在 396 納米和 365 納米之間，物體的外觀會(huì)有顯著差異，盡管這只是 31 納米的波長(zhǎng)差異。還有在 254 和 306 納米處的汞線可用于短波紫外應(yīng)用中的照明。

這種黑色的汞放電燈內(nèi)部涂有濾光材料，從視覺(jué)上看幾乎呈黑色。這種濾光材料類似于Woods’ 玻璃，它能阻擋可見(jiàn)光，同時(shí)允許紫外通過(guò)。需要指出的是，這些濾光涂層中存在紅色泄漏現(xiàn)象，這使得這些燈不適合與硅基成像傳感器配合使用，除非使用屏障濾光片。254 納米和 306 納米的燈是圍繞未涂覆的熔融石英管制造的。這些燈用于殺菌應(yīng)用，因此價(jià)格相對(duì)較低。低壓汞燈尤其具有非常純凈的光譜特性，因?yàn)?254 納米的譜線的亮度比其他譜線高出 100 倍。由于燈內(nèi)壓力較低，由于沒(méi)有壓力展寬效應(yīng)，這些譜線極其狹窄。

氙燈具有極高的色溫(超過(guò) 10,000 開(kāi)爾文)并且會(huì)產(chǎn)生大量的近紫外輻射。在某些紫外光源中，它們會(huì)與Woods’玻璃濾光片配合使用。短弧氙燈可以通過(guò)合適的光學(xué)器件產(chǎn)生定向光束，因?yàn)槠涔饩€是在一個(gè)極小的體積內(nèi)(通常約為一立方毫米)發(fā)出的。氘燈是另一種常用的紫外光源，不過(guò)其發(fā)射光譜相當(dāng)寬廣。所有這些光源都會(huì)在 300 納米處產(chǎn)生玻璃的截止線以下的輻射。由于這種輻射相當(dāng)有害，對(duì)于近紫外線成像應(yīng)用，可能有必要使用未鍍膜的 BK-7 玻璃窗口來(lái)阻擋它。

紫外發(fā)光二極管

在過(guò)去幾年中，基于氮化鎵半導(dǎo)體合金的紫外發(fā)光二極管已成為氣體放電燈的重大挑戰(zhàn)。這些器件相較于氣體放電燈具有諸多優(yōu)勢(shì)：光譜純凈度高、使用壽命長(zhǎng)、光強(qiáng)高、抗沖擊和振動(dòng)能力強(qiáng)，而且無(wú)需高壓電源。

制造商們正在研發(fā)波長(zhǎng)更短、亮度更高的發(fā)光二極管。這些發(fā)光二極管的光譜純度極高，且能在極小的表面積內(nèi)發(fā)出輻射。發(fā)光二極管陣列已可商業(yè)化生產(chǎn)，并且能夠形成準(zhǔn)聚焦的紫外線光束。一些較小的紫外發(fā)光二極管被封裝在塑料外殼中，其內(nèi)部具有成型的透鏡結(jié)構(gòu)，就像許多標(biāo)準(zhǔn)的可見(jiàn)光發(fā)光二極管一樣。而使用圓柱形光源形成緊密聚焦的光束則較為困難。

在短波紫外線波段有幾款發(fā)光二極管，但它們的功率水平非常低，而且價(jià)格昂貴。目前來(lái)看，在 300 納米以下用于短波紫外成像應(yīng)用的光源中，低壓汞放電燈似乎是綜合性能最佳的選擇。

紫外光學(xué)元件

標(biāo)準(zhǔn)的玻璃光學(xué)元件在波長(zhǎng)低于約 320 納米時(shí)表現(xiàn)不佳。例如，玻璃 BK-7 在 1 毫米厚度的情況下，其 70%的透射率點(diǎn)出現(xiàn)在約 325 納米處。而在 3 毫米厚度的情況下，透射率則降至 34%。在 325 納米以下，透射率會(huì)迅速下降，到大約 280 納米時(shí)幾乎降為零。然而，熔融石英(通常稱為石英)在大約 250 納米以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有良好的透射性能，使其成為用于紫外成像系統(tǒng)的理想透鏡和窗口材料，盡管由于其硬度難以進(jìn)行形狀加工。專門為紫外成像而制造的特殊透鏡是由諸如熔融石英和鈣氟石等材料制成，并與消色差透鏡結(jié)合使用。

圖3、BK-7窗口(左)和熔融石英窗口(右)在三個(gè)紫外波段成像

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，如果要進(jìn)行任何類型的紫外成像，就必須使用熔融石英光學(xué)元件。雖然確實(shí)可以說(shuō)熔融石英光學(xué)元件相較于玻璃具有某些優(yōu)勢(shì)，但它們的價(jià)格要高得多，而且在 330 至 400 納米的近紫外波段進(jìn)行近紅外成像時(shí)，尤其是對(duì) 360 至 400 納米之間的成像，通常并不需要這種光學(xué)元件。某些基于玻璃的彩色視頻鏡頭表現(xiàn)得相當(dāng)出色，價(jià)格僅幾百美元。這些鏡頭在近紫外波段(約 1 個(gè)光圈)的透光率約為 50%，能生成不錯(cuò)的圖像。通過(guò)使用快鏡頭，可以輕松恢復(fù) 1 個(gè)光圈的損失。對(duì)于波長(zhǎng)低于約 320 納米的成像，需要使用熔融石英鏡頭，因?yàn)閭鹘y(tǒng)玻璃鏡頭在該波長(zhǎng)以下會(huì)吸收大量光線，如圖 3 所示。這一系列圖像展示了一塊 BK-7 玻璃窗和一塊熔融石英窗，它們放置在一個(gè)經(jīng)過(guò)打磨的鋁基底上，該基底起到了有效的漫反射作用。BK-7 在 306 納米時(shí)變暗，在 254 納米時(shí)完全變黑。

近紫外成像應(yīng)用

紫外成像的應(yīng)用可以大致分為三個(gè)主要的科學(xué)現(xiàn)象類別：吸收效應(yīng)、散射效應(yīng)以及紫外光源的成像。

紫外吸收

大多數(shù)近紫外成像應(yīng)用都利用了這樣一個(gè)事實(shí)：近紫外光相較于可見(jiàn)光或近紅外光更容易被吸收。近紫外光子的能量更高，因此其與材料中的電子的相互作用更為直接。這會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于可見(jiàn)光和近紅外光而言，吸收效果更強(qiáng)。

圖4、涂上蠟的乙烯基地磚上有鞋印。彩色圖像僅顯示了與瓷磚圖案(左)相反的打印痕跡。在近紫外線圖像中，蠟不再透明，布涂抹器留下的線條和漩渦圖案占據(jù)了圖像，除了鞋印已經(jīng)使漩渦痕跡變平的地方。

事實(shí)上，當(dāng)觀察紫外波段下的日常物體時(shí)，人們首先注意到的就是這些物體看起來(lái)有多么暗淡。這種更高的吸收率還意味著，人們往往會(huì)看到物體最外層的那些部分，而這些部分在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下可能具有一定的半透明性。對(duì)于許多材料——尤其是有機(jī)材料而言——入射光的波長(zhǎng)越短，其吸收就越強(qiáng)，穿透的深度也就越淺。

這種吸收作用能夠使我們檢測(cè)到附著在基底上的極薄且可見(jiàn)透明的物質(zhì)層及其表面紋理(圖 4)。

圖 5 中所示的牙齒是真實(shí)的，但左側(cè)的門齒是用復(fù)合樹(shù)脂修復(fù)過(guò)的。這種樹(shù)脂在近紫外波段具有很強(qiáng)的吸收能力，且吸收效果隨著波長(zhǎng)的縮短而增強(qiáng)。正常的牙齒材料是無(wú)機(jī)的，由于空氣與羥基磷灰石微晶體(構(gòu)成牙釉質(zhì)的礦物質(zhì))之間的界面處的菲涅爾反射，它容易反射近紫外線。

圖5、左門牙用牙樹(shù)脂修復(fù)。左：彩色，右：近紫外

圖6、有劃痕的CD首飾盒會(huì)比可見(jiàn)光更容易散射近紫外線。左：彩色，右：近紫外。

波散射效應(yīng)

還有一類應(yīng)用則利用了近紫外光的短波長(zhǎng)以及光線在物體表面的反射特性。光波往往會(huì)從與光波波長(zhǎng)相當(dāng)或更大的表面特征(如劃痕和凹陷)上散射開(kāi)來(lái)。這意味著，當(dāng)用近紫外光照射一個(gè)表面，并用近紫外相機(jī)拍攝其反射圖像時(shí)，表面異常(如劃痕和凹陷)處的散射會(huì)比用可見(jiàn)光相機(jī)觀察時(shí)更明顯。用鋼絲絨打磨過(guò)的金屬在肉眼觀察下會(huì)呈現(xiàn)出暗淡的表面效果。而在近紅外波段，同一塊金屬通常會(huì)呈現(xiàn)出完美的鏡面效果。表面的劃痕小于紅外光的波長(zhǎng)(約 0.5 微米)，但大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)(約 0.5 微米)。對(duì)于較短波長(zhǎng)的光，這種效應(yīng)則會(huì)反過(guò)來(lái)發(fā)生。像 CD 珠寶盒這樣的光滑塑料表面在肉眼觀察下可能會(huì)顯得非常光滑。而當(dāng)用近紫外成像系統(tǒng)觀察同一表面時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)許多小劃痕，如圖 6 所示。這種效果還延伸到了短波紫外波段。一些生產(chǎn)精密玻璃光學(xué)制品的廠家會(huì)使用短波紫外系統(tǒng)來(lái)檢查其產(chǎn)品的拋光效果。

圖7、一個(gè)輕微燒傷的透鏡，355nm激光能量散射出燒傷痕跡。左：彩色，右：近紫外。

紫外光源

第三類應(yīng)用是紫外光源的成像。在許多使用紫外光的場(chǎng)景中，無(wú)需直接對(duì)紫外光源進(jìn)行成像。例如，在圖 7 中，鏡頭座中的鏡頭正在傳輸一束紫外激光束，即頻率三倍頻的釔鋁石榴石激光器，其工作波長(zhǎng)為 355 納米。操作人員可以通過(guò)將一張標(biāo)準(zhǔn)商務(wù)卡置于光路中來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)中是否存在紫外線光。這張卡會(huì)因經(jīng)過(guò)了熒光光亮劑處理而發(fā)光，從而顯示出紫外線的存在。但在這一特定情況下，該鏡頭因激光強(qiáng)度過(guò)大而被燒毀。燒傷的痕跡起到了擴(kuò)散器的作用，將激光能量向各個(gè)方向擴(kuò)散。而紫外攝像系統(tǒng)能夠以一種無(wú)法用熒光卡重現(xiàn)的方式看到這種效果。

圖 8. 一塊鑲嵌有蛋清蛋白的大理石瓷磚，其圖像被分為三個(gè)區(qū)域。左側(cè)的點(diǎn)代表蛋黃，中間部分呈純白色，右側(cè)則是未煮熟的蛋。

短波紫外成像應(yīng)用

300 納米以下波長(zhǎng)的成像應(yīng)用與之前討論過(guò)的近紫外波段應(yīng)用類似。通常觀察到的現(xiàn)象是，在近紫外波段顯現(xiàn)的現(xiàn)象在短波紫外波段會(huì)變得更加明顯。例如，圖 8 展示了一塊帶有蛋黃、蛋清和炒蛋斑點(diǎn)的白色大理石瓷磚(從左至右排列)。最上面一行斑點(diǎn)與下面一行相同，只是下面一行由更薄的層組成。這是一個(gè)模擬帶有蛋基顏料殘留的大理石雕像的測(cè)試樣本。顯然，反射紫外成像已被用于尋找古典時(shí)期雕像上古代顏料的痕跡。

在 254 納米波長(zhǎng)的圖像中，雞蛋蛋白的吸收現(xiàn)象比 365 納米波段或可見(jiàn)光圖像中的表現(xiàn)要明顯得多。同樣的效果也適用于幾乎任何沉積在具有與痕量物質(zhì)不同的反射率的基底上的有機(jī)痕量物質(zhì)。

圖 9 展示了對(duì)比增強(qiáng)對(duì)波長(zhǎng)敏感性的另一個(gè)例子。這是一張由四個(gè)塑料樣品容器(內(nèi)含 SPF30 防曬霜)的圖像拼接而成的圖。310 納米的圖像非常顯著，因?yàn)槿萜魃w內(nèi)側(cè)有一些小的防曬霜污漬清晰可見(jiàn)。254 納米的圖像也顯示了這些污漬，但對(duì)比度較低，因?yàn)樗芰显谶@個(gè)波長(zhǎng)下吸收得相當(dāng)強(qiáng)烈。很明顯，好事也可能過(guò)頭，較短波長(zhǎng)的紫外線并不總是能增強(qiáng)對(duì)比度，特別是如果所關(guān)注的目標(biāo)是有機(jī)基底上的有機(jī)微量物質(zhì)的話。

圖9、四張涂有SPF30防曬霜的塑料樣品容器的圖片。注意310 nm圖像中蓋子內(nèi)部的污跡。

結(jié)論

將上述研究結(jié)果總結(jié)為一些經(jīng)驗(yàn)法則，有助于指導(dǎo)對(duì)紫外線成像的調(diào)查工作，這一點(diǎn)頗具意義：

在膠片或數(shù)字?jǐn)z影中使用的三種常見(jiàn)成像波段中，相對(duì)于可見(jiàn)光或近紅外光，紫外光傾向于被材料吸收到最大程度。

數(shù)字傳感器在近波段和短波波段都有效地取代了膠片進(jìn)行紫外成像，但它們需要仔細(xì)控制任何帶外光(特別是可見(jiàn)光譜的紅色部分)才能有效。

用于紫外線成像的特殊光學(xué)元件需要在約320納米以下工作，但玻璃透鏡將在近紫外線工作中令人滿意。

太陽(yáng)光譜包含大量用于成像的近紫外光(300至400納米)，但實(shí)際上沒(méi)有短波紫外光(低于300納米)。因此，利用反射陽(yáng)光在近紫外波段進(jìn)行室外成像是可能的，但短波紫外成像需要一個(gè)主動(dòng)照明源。

室內(nèi)紫外線成像需要特殊的紫外線光源，因?yàn)槭覂?nèi)空間的紫外線很小。

基于led的光源在許多近紫外應(yīng)用中取代了氣體放電管，但充滿汞蒸氣的管仍然是短波紫外成像照明的最佳選擇。

有機(jī)材料比無(wú)機(jī)物更容易吸收紫外線。因此，在無(wú)機(jī)襯底上有有機(jī)材料的場(chǎng)景(反之亦然)在紫外波段會(huì)比在可見(jiàn)光或近紅外波段顯示出更多的對(duì)比度。

上述有機(jī)與無(wú)機(jī)對(duì)比效應(yīng)隨著波長(zhǎng)的減小而增加，直至254 nm。低于這個(gè)波長(zhǎng)，光源和光學(xué)元件將迅速變得更加昂貴，而且難以成像。

審核編輯 黃宇