วิธีเลือกเลนส์ FPV ในสภาวะแสงน้อย: F1.0 กับ IR

ในช่วงแรกของการสอดแนมฮาร์ดแวร์สำหรับโดรนอุตสาหกรรมรุ่นต่อไป UAV การป้องกัน หรือระบบ FPV ความเร็วสูง (มุมมองบุคคลที่หนึ่ง) ฉันมีคำถามเดียวกันอย่างน้อยสามครั้งต่อสัปดาห์:"เราควรหาเลนส์ที่มีรูรับแสงกว้าง F1.0 สำหรับระบบสี 'แสงแบล็คไลท์' หรือเลือกใช้การตั้งค่าการส่องสว่างแบบอินฟราเรด (IR) แบบดั้งเดิมดี"

พูดตรงๆ ทุกครั้งที่มีคนมองว่านี่เป็นทางเลือกไบนารี่ที่เรียบง่าย ฉันก็อดถอนหายใจไม่ได้

ในฐานะวิศวกรด้านการมองเห็นที่เซี่ยงไฮ้ ซิลค์ ออปติคัลความเป็นจริงในแต่ละวันของฉันประกอบด้วยการต่อสู้กับดัชนีการหักเหของแสง การขูดเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์บนเส้นโค้ง MTF และการสร้างสมดุลระหว่างกฎฟิสิกส์ที่รุนแรงกับงบประมาณการผลิตที่จำกัด. ฉันเห็นว่าสายผลิตภัณฑ์จำนวนมากเกินไปล้มเหลวในระหว่างการทดสอบภาคสนามที่มีความเร็วสูง เนื่องจากทีมจัดซื้อกลืนกินจุดขายทั่วไป สายการผลิต และตัวถ่วง.

"F1.0 คืออนาคต" พวกเขาบอกคุณหรือ "IR มีราคาถูกและทำลายไม่ได้"

อย่าซื้อในการโฆษณา. การออกแบบด้านการมองเห็นถือเป็นเกมที่ต้องแลกกันทางกายภาพอย่างไม่ลดละ. ลองมองข้าม PPT ทางการตลาดและแจกแจงสิ่งที่เกิดขึ้นจริงกับไปป์ไลน์การถ่ายภาพ FPV ของคุณเมื่อคุณเลือกอย่างใดอย่างหนึ่ง

1. F1.0 "Blacklight" Full Color: สัตว์ประหลาดโฟตอน (และภาษีที่ซ่อนอยู่)

หลักฐานทั้งหมดของเทคโนโลยี Active Low Light และ Full Colour ขึ้นอยู่กับรูรับแสง F1.0. หากคุณไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านทัศนศาสตร์ ต่อไปนี้เป็นคณิตศาสตร์สั้นๆ: F-number คืออัตราส่วนของทางยาวโฟกัสของเลนส์ต่อเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาทางเข้า. ทุกครั้งที่คุณลด F-stop คุณจะเพิ่มแสงที่ส่องถึงเซ็นเซอร์เป็นสองเท่า. การเปลี่ยนจากเลนส์ F2.0 มาตรฐานไปเป็น F1.0 หมายความว่าคุณกำลังทิ้งเลนส์สว่างขึ้นสี่เท่าลงบนพิกเซล CMOS ของคุณ.

ในการปรับใช้ FPV ในโลกแห่งความเป็นจริง เช่น โดรนตรวจสอบอัตโนมัติที่นำทางในคลังสินค้าที่มีแสงสลัวหรือ UAV ค้นหาและกู้ภัยในเวลากลางคืน ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องมีแสง LED สีขาวที่รบกวนและหิวโหยในการจับภาพวิดีโอที่มีคอนทราสต์สูง. สำหรับโมเดล AI บนเครื่องบินที่ต้องอาศัยข้อมูลสีเพื่อจำแนกวัตถุ (เช่น การระบุสีของวาล์วท่ออันตรายหรือเสื้อผ้าของเป้าหมาย) F1.0 นั้นน่าทึ่งมาก.

แต่นี่คือข้อจับใจที่ซัพพลายเออร์สมัครเล่นจะไม่บอกคุณ: รูรับแสงที่เปิดกว้างทำให้เกิดความสับสนวุ่นวายกับความคลาดเคลื่อนของแสง. เมื่อคุณเปิดม่านตาไปที่ F1.0 รังสีของแสงจะกระทบกับขอบด้านนอกของชิ้นเลนส์ในมุมที่สูงชันอย่างไม่น่าเชื่อ. สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาใหญ่สองประการสำหรับ FPV:

• ระยะชัดลึกที่บางเฉียบ (DoF):ระยะขอบสำหรับข้อผิดพลาดของคุณลดลงเหลือมิลลิเมตร. หากที่อยู่อาศัยเลนส์กลไกของคุณงอแม้เพียงเล็กน้อยเนื่องจากความร้อนภายในมอเตอร์หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ เป้าหมายของคุณจะหลุดโฟกัสไปโดยสิ้นเชิง.

• การล่มสลาย MTF อุปกรณ์ต่อพ่วง:ความคลาดเคลื่อนของทรงกลมและอาการโคม่าจะทำให้มุมของภาพที่มีความละเอียดสูงของคุณกลายเป็นซุปโคลนและใช้งานไม่ได้. หากเลนส์ของคุณไม่สามารถรักษา MTF (ฟังก์ชัน Modulation Transfer) ที่สูงบริเวณขอบได้ เซ็นเซอร์ 4MP หรือ 5MP ที่มีราคาแพงของคุณจะทำงานเหมือนกับเซ็นเซอร์ 1.3MP ได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราไม่เพียงแค่ใช้กระจกทรงกลมราคาถูกและมีจำหน่ายทั่วไปเท่านั้น. เราต้องออกแบบให้รอบด้านชิ้นเลนส์ ASP (แอสเฟอริคัล)เพื่อบังคับให้รังสีขอบอันธพาลเหล่านั้นกลับไปสู่จุดโฟกัสจุดเดียว.

จริงๆ แล้ว ฉันขอเรียบเรียงใหม่ว่า ไม่ใช่แค่การใช้รูปทรงทรงกลมเท่านั้น มันเกี่ยวกับการเลือกใช้วัสดุ. หากคุณซื้อเลนส์ F1.0 พลาสติกทั้งหมดราคาถูกสำหรับโดรนจะล้มเหลวในขณะที่อุณหภูมิโดยรอบผันผวนหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการบินร้อนขึ้น.

นี่คือเหตุผลที่เราสร้างเรือธงของเราเลนส์แบล็คไลท์ PL100. มันเป็นแบบต้มสุกออปติคัลมอนสเตอร์ F1.0, 4 มม., 4MP/5MP ที่พร้อมใช้งานสร้างขึ้นอย่างชัดเจนเกี่ยวกับขั้นสูงโครงสร้าง 7E(สถาปัตยกรรมแบบกระจกทั้งหมด/ไฮบริด). ด้วยการใช้ชิ้นกระจกระดับพรีเมียมที่อยู่ในถังกันความร้อนแบบกำหนดเอง PL100 จึงสามารถชดเชยความร้อนแบบแอคทีฟได้. ไม่ว่าแพลตฟอร์ม FPV ของคุณจะต่อสู้กับลมที่เย็นจัดในระดับสูงหรือดูดซับความร้อนจากแผงส่งกำลังวัตต์สูง (-20°ซ ถึง +70°ซ) ระนาบโฟกัสยังคงล็อคอยู่อย่างสมบูรณ์.

2. การมองเห็นตอนกลางคืนด้วยอินฟราเรด (IR): อุปกรณ์ที่คุ้มค่า (พร้อมกับดักความยาวคลื่น)

ที่อีกด้านหนึ่งของรั้ว เรามีไฟส่องสว่าง IR แบบดั้งเดิม (โดยทั่วไปจะจับคู่กับไฟ LED IR ที่ใช้งาน 850 นาโนเมตรหรือ 940 นาโนเมตร). เลนส์ในหมวดหมู่นี้—เหมือนกับเลนส์ที่ปรับให้เหมาะสมกับระดับเสียงของเราPL071 6G ซีรีส์กระจกทั้งหมด—มีความเป็นผู้ใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อ มีความเสถียรสูง และเป็นมิตรกับงบประมาณการจัดซื้อของคุณเป็นพิเศษ.

ข้อได้เปรียบหลักของระบบ IR คือความเปรียบต่างที่ชัดเจนและไม่มีการประนีประนอม. ในสภาพแวดล้อมแบบไม่มีลักซ์แน่นอน เช่น อุโมงค์ใต้ดินที่ไม่มีแสงสว่างหรือบริเวณป่าลึกที่ไม่มีแสงโดยรอบเป็นศูนย์ IR จะเปลี่ยนโลกให้กลายเป็นแผนที่ขาวดำที่คมชัดและมีคอนทราสต์สูง. ขจัดความสับสนของสี ทำให้อัลกอริธึม AI และระบบนำทางด้วยภาพ SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) มีขอบเขตที่คมชัดในการติดตาม.

อย่างไรก็ตาม มีฆาตกรเงียบรออยู่ในการตั้งค่า IR:การเปลี่ยนโฟกัส.

นี่เป็นสถานการณ์ทั่วไปที่น่าหงุดหงิดสำหรับทีม R&D: วิศวกรของคุณปรับเทียบระบบการมองเห็นของโดรนในห้องปฏิบัติการระหว่างวันมันดูคมชัดอย่างไม่น่าเชื่อ. กลางคืนตก โดรนบินขึ้น ไฟส่องสว่าง IR ที่ทำงานอยู่เปิดขึ้น และทันใดนั้นฟีดข้อมูลสดก็ดูเหมือนว่ามีคนทาจาระบีบนเลนส์.

อย่าตำหนิอัลกอริธึมการลดเสียงรบกวนของเซ็นเซอร์ มันเป็นฟิสิกส์พื้นฐานแสงที่มองเห็นได้ (400–700 นาโนเมตร) และแสงอินฟราเรด (850 นาโนเมตร/940 นาโนเมตร) เดินทางด้วยความเร็วที่แตกต่างกันผ่านตัวกลางแก้วเดียวกัน เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงจะเปลี่ยนไปตามความยาวคลื่น. หากองค์ประกอบเลนส์ของคุณไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยเจตนาIR ร่วมโฟกัสระนาบโฟกัสสำหรับแสงที่มองเห็นและระนาบโฟกัสสำหรับแสง IR จะตกลงบนความลึกที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงสองจุดด้านหลังเลนส์.

เพื่อหลีกเลี่ยงความล่าช้าอันน่าหวาดเสียวนี้ เราจึงบูรณาการชิ้นกระจก ED (การกระจายแสงต่ำเป็นพิเศษ)และใช้การเคลือบบรอดแบนด์แบบพิเศษเพื่อให้ความยาวคลื่นทั้งสองมุ่งเน้นไปที่ระนาบระดับไมครอนเดียวกันบนเซ็นเซอร์. นอกจากนี้ หากคุณบินด้วยความเร็วสูงไปยังพื้นผิวที่มีการสะท้อนแสงสูง (เช่น ป้ายโลหะหรืออาคารสีขาว) การตั้งค่า IR มีชื่อเสียงในเรื่องการรับแสงมากเกินไปเฉพาะจุด ("แสงสีขาว"). โดยไม่ต้องบูรณาการแก้วฟ้าหรือการกรองพิเศษเพื่อระงับภาพซ้อนและการสะท้อนรอง AI การนำทางของคุณจะพบกับความหน่วงที่รุนแรงหรือภาพหลอนทันที.

3. เมทริกซ์การตัดสินใจจัดหา FPV: ตัวไหนที่เหมาะกับโดรนของคุณ?

ข้ามเรื่องยุ่งยากขององค์กรและวางรายการตรวจสอบทางวิศวกรรมที่เป็นรูปธรรมสำหรับการตรวจสอบฮาร์ดแวร์ครั้งต่อไปของคุณกันดีกว่า:

จัดหาเลนส์แบล็คไลท์ PL100 F1.0 หาก:

• ข้อมูลสีไม่สามารถต่อรองได้:โดรนของคุณจำเป็นต้องระบุสีสายไฟ เครื่องหมายอันตราย สนิมของโครงสร้าง หรือชุดเป้าหมายการค้นหาและกู้ภัยภายใต้แสงดาว

• การปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ใช้งานอยู่ถือเป็นความรับผิดชอบ:คุณกำลังสร้างแพลตฟอร์มเฝ้าระวังการลักลอบ UAV ทางยุทธวิธี หรือโดรนติดตามสัตว์ป่า โดยที่ลำแสงอินฟราเรดสว่างหรือสปอตไลท์สีขาวเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

• การประมวลผล Edge AI ความเร็วสูง:คอมพิวเตอร์ออนบอร์ดของคุณต้องไม่เสียวงจร GPU/NPU ที่ใช้ซอฟต์แวร์ปรับความคมชัดหรือกรองสัญญาณรบกวนบนฟีดที่มีแสงน้อยที่เต็มไปด้วยโคลน. คุณต้องมีโฟตอนที่ "สะอาด" ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งส่งตรงจากรูรับแสงที่เปิดกว้าง.

• คำแนะนำของเรา:ที่PL100 (F1.0, 4 มม., M12). ทุกหน่วยผ่านระบบอัตโนมัติที่เข้มงวดการจัดตำแหน่งที่ใช้งานอยู่ (การทดสอบ AA)ที่ศูนย์การผลิตของเราเพื่อให้แน่ใจว่าการเอียงและ Chief Ray Angle (CRA) อยู่ในแนวเดียวกันกับเซ็นเซอร์ 4MP/5MP ระดับไฮเอนด์อย่างสมบูรณ์แบบก่อนออกจากสายการผลิตโรงงาน

เลือกใช้เลนส์ที่ปรับให้เหมาะสมกับ IR (เช่น PL071) หาก:

• การดำเนินการ Zero-Lux แบบสัมบูรณ์:โดรน FPV ของคุณทำงานในเหมืองที่ไม่มีแสงสว่าง อาคารร้าง หรือโครงสร้างพื้นฐานใต้ดินลึก ซึ่งไม่มีโฟตอนโดยรอบให้ขยาย.

• ข้อจำกัดด้านงบประมาณการจัดซื้อจัดจ้างที่เข้มงวด:โครงการนี้เป็นการติดตั้งกองยานพาหนะขนาดใหญ่และคำนึงถึงต้นทุนของ AGV ของคลังสินค้าหรือโดรนขอบเขตพื้นฐาน ซึ่งต้องการเพียงการตรวจจับขอบเขตทางเรขาคณิตขั้นพื้นฐานและการหลีกเลี่ยงอุปสรรค.

• SLAM เรขาคณิตล้วนๆ / การทำแผนที่:อัลกอริธึมการแปลของคุณสนใจเฉพาะการตรวจจับขอบที่มีคอนทราสต์สูงและคุณสมบัติเชิงพื้นที่เท่านั้น ทำให้ข้อมูลสีไม่เกี่ยวข้อง.

ความคิดสุดท้ายจากห้องทดลอง

ในเลนส์ที่มีความแม่นยำ คุณจะไม่ได้อะไรโดยเปล่าประโยชน์หากคุณต้องการน้ำหนักบรรทุกจำนวนมากในสภาวะแสงน้อยของเลนส์ F1.0 คุณต้องลงทุนในการชดเชยอุณหภูมิเชิงโครงสร้างและโปรไฟล์กระจกแอสเฟอริคัล เพื่อหยุดการเคลื่อนตัวของความร้อนและความเบลอของมุม. หากคุณเลือกเส้นทาง IR ที่คุ้มค่า คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าซัพพลายเออร์ของคุณนำเสนอ IR Co-focusing อย่างแท้จริง เพื่อป้องกันการตาบอดในเวลากลางคืน.

ที่ Shanghai Silk Optical เราผลิตเลนส์มากกว่า 6 ล้านชิ้นต่อเดือน. เราไม่เกี่ยวข้องกับการเสนอขายทั่วไป เราจัดการกับเส้นโค้ง MTF และความน่าเชื่อถือทางกายภาพ. หากคุณเบื่อกับการคาดเดาค่าเผื่อการมองเห็นของคุณ และต้องการพูดคุยเกี่ยวกับข้อกำหนดฮาร์ดแวร์ที่แท้จริงสำหรับโดรน การรักษาความปลอดภัย หรืออาร์เรย์การมองเห็นทางการแพทย์ตัวถัดไป โปรดติดต่อ มาสร้างสิ่งที่ใช้งานได้จริงเมื่อไฟดับกันดีกว่า