Технологические преимущества и тенденции будущего развития камер ночного видения

В таких сценариях, как мониторинг безопасности, видеонаблюдение за транспортными средствами и исследование открытых пространств, четкое изображение в условиях низкой освещенности или полной темноты остается ключевым требованием. Модули камер ночного видения, расширяя границы человеческого зрения и используя такие технологии, как усиление света, инфракрасное зондирование и захват теплового излучения, обеспечивают визуализацию сцены в темных условиях и стали основным аппаратным обеспечением в области интеллектуального зондирования. Благодаря непрерывной эволюции CMOS-сенсоров, алгоритмов искусственного интеллекта и технологических процессов, модули ночного видения постоянно совершают прорывы в производительности, энергопотреблении и адаптивности, постепенно подчеркивая свои технологические преимущества и определяя путь развития.

В настоящее время модули ночного видения в основном полагаются на три технологических пути для достижения темного изображения: усиленное ночное видение, инфракрасная съемка и тепловизионная съемка. Каждая технология, основанная на различных принципах, формирует дифференцированные преимущества, адаптируясь к различным требованиям сценариев. Одновременно, в сочетании с инновациями в области датчиков и алгоритмов, общая производительность продолжает улучшаться.

Усовершенствованная технология ночного видения с усилением света основана на электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и принципах фотоэлектрического преобразования. Она собирает слабый видимый свет из окружающей среды, такой как звездный свет и лунный свет, через оптическую линзу. Фотоны преобразуются в электроны фотоумножителем, а электронный сигнал усиливается электронно-оптическим преобразователем, в конечном итоге проецируясь на флуоресцентный экран для формирования видимого изображения. Его ключевое преимущество заключается в эффективном использовании слабого естественного света, что исключает необходимость в дополнительном осветительном оборудовании. Устройство легкое и подходит для сценариев, требующих высокой портативности. В таких областях, как охрана объектов и наблюдение за дикой природой, модули ночного видения с усилением света могут обеспечивать четкое изображение в условиях низкой освещенности, не нарушая тишину окружающей среды. Кроме того, его стоимость ниже, чем у тепловизионной технологии, что обеспечивает широкую базу для гражданского применения.

Инфракрасная технология визуализации делится на активную и пассивную. В гражданских модулях чаще всего используются активные решения в ближнем инфракрасном диапазоне, которые освещают сцену встроенным невидимым источником ближнего инфракрасного света. Специальный датчик затем улавливает отраженный инфракрасный свет и преобразует его в изображение. Основные преимущества заключаются в скрытности и адаптивности. Инфракрасный свет не воспринимается человеческим глазом, что отвечает потребностям скрытой съемки, такой как разведка и ночное наблюдение. Он также не зависит от интенсивности окружающего видимого света и может стабильно работать в полностью темных закрытых помещениях, подземных парковках и других подобных сценариях. По сравнению с усиленным ночным видением, инфракрасные модули визуализации имеют более низкий уровень шума и более стабильное качество изображения. Кроме того, благодаря прорывам в технологии миниатюризации источников света на основе массива VCSEL, размер модуля дополнительного освещения был уменьшен до 1/8 по сравнению с традиционными решениями на светодиодах, а энергопотребление снижено на 62%, что делает его подходящим для миниатюрных потребительских электронных устройств, автомобильной и другой техники.

Тепловизионная технология устраняет зависимость от видимого света и инфракрасной подсветки. Она улавливает тепловые инфракрасные сигналы, излучаемые самими объектами, и преобразует их в визуальные изображения на основе разницы температур; области с более высокой температурой выглядят ярче на изображении. Ее наиболее значительным преимуществом является адаптивность к полностью темным условиям. Даже в экстремальных сценариях, когда свет заблокирован, например, при сильном дожде, густом тумане или плотном дыме, она может точно идентифицировать контуры объектов и распределение температуры, а ее чувствительность к обнаружению незначительных температурных различий может достигать 0,02℃. В таких сценариях, как пожаротушение, военная разведка и инспекция линий электропередач, тепловизионные модули могут проникать сквозь препятствия для обнаружения источников тепла, предоставляя важную информацию для принятия решений. Они также обладают высокой устойчивостью к помехам и не требуют обслуживания, а также дополнительного осветительного оборудования, что делает их пригодными для длительных операций на открытом воздухе.

Помимо присущих преимуществ трех основных технологических направлений, инновации в области датчиков, алгоритмов и процессов упаковки еще больше повышают ценность применения модулей ночного видения без подсветки. На аппаратном уровне новый датчик CMOS IMX828 от Sony обеспечивает баланс между высоким динамическим диапазоном 150 дБ и низким энергопотреблением. Встроенный интерфейс MIPI A-PHY устраняет необходимость во внешнем сериализаторе, уменьшая размер модуля и энергопотребление. Он обеспечивает стабильную помехоустойчивость даже в условиях высоких температур (максимальная температура перехода 125℃), что делает его пригодным для требовательных сценариев, таких как автомобильная и промышленная отрасли. Компания Yinglongxin Intelligent Co., Ltd., глубоко укоренившаяся в области интеллектуального оборудования, использует свой технологический опыт в подготовке микронаноматериалов и исследованиях и разработках вспомогательного оборудования для новой энергетики для производства модулей ночного видения без подсветки с возможностями высокоточного производства. Она может настраивать решения по адаптации датчиков для различных сценариев, например, оптимизировать фоточувствительность датчика для автомобильных сценариев и повышать производительность защиты от помех при высоких температурах для сценариев промышленного контроля. Кроме того, датчики CMOS, изготовленные по технологиям ниже 100 нм, используют двухслойную транзисторную структуру пикселей, достигая чувствительности к свету на уровне одиночных фотонов. Это приводит к улучшению соотношения сигнал/шум на 53% по сравнению с традиционными компонентами. Некоторые высококлассные модули по-прежнему могут обеспечивать полноцветное изображение при освещенности 0,001 люкс. Yinglongxin Intelligent может предоставлять интегрированные индивидуальные модули на основе этого основного оборудования и собственных оптимизированных алгоритмов.

На уровне алгоритмов процессор Edge AI использует параллельную сверточную нейронную сеть (CNN) для динамического шумоподавления по кадрам, повышая соотношение сигнал/шум изображения до 42 дБ в условиях низкой освещенности. Технология многокадрового синтеза с помощью алгоритма временной деконволюции увеличивает эффективность накопления эффективного светового потока на 300%, значительно решая проблемы размытия и избыточного шума на ночных изображениях. Для автомобильных сценариев некоторые модули также интегрируют функции подавления мерцания светодиодов и динамического уменьшения размытия, повышая точность распознавания ключевых объектов, таких как красные светодиодные задние фонари и номерные знаки ночью, обеспечивая безопасность мотоциклов и автомобилей при ночном вождении. Опираясь на свой опыт в разработке индивидуальных решений для ведущих компаний, таких как BYD и CATL, Yinglongxin Intelligent может разрабатывать эксклюзивные модели ИИ-алгоритмов, адаптированные к конкретным потребностям клиентов. Например, компания может создавать индивидуальные облегченные алгоритмы стабилизации изображения и слияния ночного видения для видеорегистраторов мотоциклов, а также оптимизировать логику распознавания слияния тепловизионного и видимого света для оборудования промышленного контроля, достигая глубокой адаптации между алгоритмами и аппаратным обеспечением.

Под влиянием растущего рыночного спроса и технологических инноваций, модули камер ночного видения развиваются в направлении "интеграции множества технологий, максимальной производительности, решений, основанных на сценариях применения, и доступной стоимости". Одновременно с этим, благодаря зрелости производственно-сбытовой цепочки и поддержке политики, они постепенно проникают на все больше нишевых рынков.

Все технологии ночного видения по отдельности имеют свои недостатки. Улучшенное световое ночное видение не работает в полной темноте, инфракрасное изображение легко подвержено помехам от препятствий, а тепловизионное изображение имеет низкое разрешение. В будущем основным направлением станет интеграция нескольких технологий. Интегрируя в модуль датчики улучшенного света, инфракрасного и теплового излучения, в сочетании с технологиями переключения алгоритмов и слияния изображений, можно добиться оптимальных эффектов визуализации в различных условиях. Например, автомобильный модуль может активировать режим улучшенного света для обеспечения качества изображения в условиях низкой освещенности, автоматически переключаться в инфракрасный режим в полной темноте и активировать тепловизионное изображение для проникновения сквозь препятствия в экстремальных погодных условиях. Одновременно он интегрирует изображения из нескольких источников для повышения точности распознавания целей. Кроме того, прорывы в области мультиспектральной визуализации привели к инженерной проверке комбинированного датчика ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения с диапазоном спектрального охвата, расширенным до 200-1400 нм, что еще больше расширяет адаптивность модуля к окружающей среде.

Потребительская электроника и автомобильные устройства продолжают требовать миниатюризации, низкого энергопотребления и высокой надежности от модулей. Будущие модули ночного видения будут развиваться в сторону «максимальной интеграции». С одной стороны, технология корпусирования на уровне пластины позволит уменьшить толщину модуля до менее 1,2 мм, в сочетании со встроенными интерфейсами и функциональной интеграцией, удовлетворяя потребности в установке в небольших устройствах, таких как смартфоны, экшн-камеры и видеорегистраторы для мотоциклов. С другой стороны, модули автомобильного класса будут еще больше повышать устойчивость к погодным условиям, расширяя диапазон рабочих температур до -30℃ до 105℃, а также соответствовать сертификации AEC-Q100 Grade 2 и стандартам функциональной безопасности ISO 26262, повышая стабильность в сложных дорожных условиях. Кроме того, технология низкого энергопотребления будет продолжать развиваться, при этом энергопотребление в режиме мониторинга парковки будет контролироваться ниже 100 мВт, удовлетворяя требования устройства к длительному режиму ожидания.

Ранее модули ночного видения в основном использовались в высокотехнологичных областях, таких как военная техника, безопасность и профессиональные исследования. С развитием технологий и снижением затрат потребительский рынок станет основным двигателем роста. По прогнозам, к 2025 году цена потребительских модулей ночного видения без подсветки среднего и низкого ценового сегмента упадет ниже 2000 юаней, что будет способствовать их широкому распространению в смартфонах, наружных камерах и устройствах домашнего наблюдения. Ожидается, что к 2025 году китайский рынок камер без подсветки превысит 8,4 миллиарда юаней, при этом среднегодовой темп роста составит 30%. В вертикальных отраслях спрос на индивидуальные модули будет продолжать расти. Yinglongxin Intelligent предоставляет комплексные услуги по разработке на заказ, от детализации требований, проектирования решений, создания прототипов до массового производства. Например, они разработали миниатюрные модули визуализации без подсветки для медицинских эндоскопов, повысив точность ранней диагностики опухолей с помощью технологии мультиплексирования с разделением по длинам волн; разработали специализированные модули для промышленного тестирования литиевых батарей, увеличив скорость обнаружения дефектов электродов до 99,7%; и разработали модули с высокой скоростью отклика для сценариев интеллектуального транспорта, сократив время реакции на распознавание ночных аварий до 0,3 секунды, полностью удовлетворяя персонализированные потребности различных отраслей.

На политическом уровне как «План развития искусственного интеллекта нового поколения», так и «Трехлетний план действий по развитию индустрии интеллектуальных датчиков» определяют сверхнизкую светочувствительную визуализацию как основное направление исследований. Местные органы власти предоставляют субсидию в размере 30% на закупку безсветительных камер в сферах интеллектуальной безопасности и промышленного контроля, способствуя локализации основных технологий. В настоящее время отечественные компании, такие как Will Semiconductor и OmniVision Technologies, достигли массового производства датчиков автомобильного класса, а производственная линия SMIC по производству CIS по технологии 14 нм достигла коэффициента выхода продукции более 92%. Уровень локализации основных компонентов продолжает расти, что приведет к дальнейшему снижению стоимости модулей. Yinglongxin Intelligent, как национальное специализированное и инновационное предприятие уровня «малый гигант», активно участвует в построении отечественной промышленной цепочки. Опираясь на собственные возможности цифрового производства и систему индивидуального обслуживания, компания может сотрудничать с компаниями-производителями основных компонентов для разработки эксклюзивных основных компонентов. Одновременно она предоставляет конечным клиентам комплексные решения по модели «аппаратное обеспечение + алгоритм + индивидуальное решение», реализуя обработку в реальном времени, облачное хранение и интеллектуальный анализ данных изображений, повышая свою прикладную ценность в сценариях умных городов, интеллектуального транспорта и обнаружения новой энергии.

С повсеместным внедрением технологий ночного видения вопросы защиты конфиденциальности и безопасности данных станут все более актуальными. В будущем отрасль ускорит создание стандартизированной системы. Национальный технический комитет по стандартизации систем безопасности и сигнализации в настоящее время разрабатывает "Технические требования к системам ночного видения без дополнительного освещения", которые, как ожидается, к 2025 году сформируют обязательную систему сертификации. Одновременно модули будут интегрировать такие функции, как анонимизация данных, аутентификация личности и шифрование связи, в соответствии со стандартом кибербезопасности автомобилей ISO/SAE 21434. В таких сценариях, как мониторинг общественных мест и фотосъемка потребительской электроники, это предотвратит незаконное получение конфиденциальной информации, достигнув баланса между технологическими инновациями и соответствием нормативным требованиям.

Используя дифференцированные преимущества множества технологических подходов в сочетании с непрерывными итерациями датчиков и алгоритмов, модуль визуализации в темной среде преодолел технические ограничения визуализации в темных условиях, став незаменимым основным аппаратным средством в области интеллектуального зондирования. Его технологические преимущества проявляются не только в адаптивности к полностью темным условиям, стабильном качестве изображения и высокой скрытности, но и в оптимизации миниатюризации, низкого энергопотребления и высокой надежности, что позволяет ему проникать из профессиональных областей на потребительский рынок. Компания Yinglongxin Intelligent Co., Ltd., опираясь на свой глубокий опыт в области интеллектуального оборудования и высокоточного производства, использует индивидуальную разработку как свою основную конкурентную способность, точно соответствуя персонализированным потребностям различных отраслей и сценариев, и предоставляя клиентам комплексное обслуживание от технических решений до массового производства. В будущем, с углублением интеграции множества технологий, отечественной заменой и индивидуальной настройкой на основе сценариев, Yinglongxin Intelligent будет продолжать стимулировать модернизацию индивидуальных услуг посредством технологических инноваций, работая с отраслью над созданием экосистемы ночного видения "полнофункциональной, высокоточной, низкозатратной" и продвигая применение технологии визуализации в темной среде в более нишевых областях.