Kamera dering: pendekatan unik untuk pengimejan optik

Keynote (Google I/O '18) (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Bagaimana kamera, sensor imej, dan optik berbeza dari peranti mudah alih lain - di luar kuasa rendah dan saiz kecil

OLEH DEBBIE SNIDERMAN, Ketua Pegawai Eksekutif
VI Ventures LLC
www.vivllc.com

Di luar kegunaan pengguna dalam tongkat selfie wayarles, kamera sukan, dan fotografi acara, pengimejan drone sedang mencari jalan masuk ke banyak aplikasi komersial, kerajaan, dan keselamatan awam. Lebih banyak drone / UAV sedang digunakan untuk memeriksa talian kuasa voltan tinggi menggantikan helikopter, usaha mahal dan kadang-kadang berbahaya. Mereka digunakan dalam sinematografi udara, tenaga, pengurusan hutan, pemetaan dan ukur, minyak dan gas, dan aplikasi pemantauan hidupan liar, serta operasi rahsia, tindak balas kecemasan, penghantaran muatan, keselamatan dan pengawasan, operasi taktikal, pencarian dan penyelamatan, penguatkuasaan undang-undang, dan juga operasi perubatan.

Pengimejan udara mempunyai keperluan sendiri. Sistem embedded dering memerlukan banyak kuasa pemprosesan daripada peranti mudah alih lain untuk mengendalikan kawalan penerbangan, analisis lanjutan, jahitan video, dan aplikasi rangkaian tanpa wayar. Sistem-on-a-cip (SoCs) boleh merakam video semasa menyiarkan secara langsung melalui Wi-Fi semasa pratonton dan perkongsian diperlukan di lapangan. Ciri-ciri perisian seperti penstabilan imej elektronik (EIS) dan de-warp membolehkan video panorama diambil, mengurangkan keperluan untuk gimbal mekanikal. Banyak aplikasi pendengaran juga memerlukan kamera, sensor, dan optik yang unik.

Apa yang membuatkan kamera drone istimewa?

Kamera gegelung perindustrian yang lasak masuk ke UAV bukan pengguna. Brendan Lelieveld-Amiro, jurutera jualan di pengeluar kamera perindustrian Lumenera Corp., mengatakan bahawa kamera khusus berbeza secara berlainan daripada kamera kos rendah, pengguna dalam peranti seperti kamera GoPro, telefon bimbit, dan DSLR.

Ramai aplikasi drone mewah memerlukan kamera untuk menyediakan imej dalam format mentah tanpa mampatan lossy. Pengguna yang menjalankan pemeriksaan ketepatan perlu mempercayai bahawa data yang disediakan oleh kamera adalah tepat, sama ada untuk pertanian atau pemeriksaan keretakan rambut di empangan air. Mana-mana pemprosesan untuk mencantikkan, meningkatkan, atau memampatkan imej boleh menyebabkan data tidak berguna untuk aplikasi komersil mewah.

Kamera perindustrian juga menggunakan pencetus yang sangat tepat dan menentukan. Mereka memicu dalam mikrosecond dari masa mereka diberitahu untuk mengambil gambar dan apabila proses pendedahan bermula. Lelieveld-Amiro mengatakan bahawa kependaman dalam kamera pengguna dalam mod manual sepenuhnya boleh berkisar dari 50 milidetik hingga hampir 1 saat, yang tidak akan dipotong untuk aplikasi perindustrian. Penyegerakan adalah penting untuk menandakan imej dengan metadata dari sistem penerbangan seperti koordinat tepat dari GPS onboard, kelajuan, ketinggian, dan maklumat timestamp.

Penyegerakan dan pemasaan juga penting apabila dron membawa pelbagai kamera untuk aplikasi seperti pencitraan ketepatan. Semua kamera yang menunjuk ke bawah ke arah drone bergerak perlu mengambil gambar pada masa yang sama untuk menindih imej mereka dengan betul.

Ramai aplikasi pengimejan ketepatan menggunakan sistem pengimejan pelbagai spektrum. Kamera berasingan mengumpul imej warna pada spektrum cahaya yang kelihatan dan spektrum inframerah berhampiran semasa menunjuk ke lokasi yang sama. Pemprosesan imej digunakan untuk menjahit dan menjajarkan imej untuk melihat julat sambutan yang berbeza.

NIR adalah penting dalam pemeriksaan pertanian ketepatan di mana, bergantung kepada kesihatan tanaman, NIR akan diserap atau dicerminkan dengan berlainan. Imej membolehkan pengguna membuat indeks tumbuhan yang normal (NDVI), penunjuk grafik kesihatan tanaman. Pencitraan NIR juga digunakan dalam dron yang menyediakan pemeriksaan bangunan untuk mendedahkan maklumat tambahan yang menarik di luar spektrum yang kelihatan.

Kamera duri yang diberi nilai untuk kegunaan komersial juga ruggedized, mampu menahan tahap getaran yang tinggi, pelbagai suhu dan kelembapan yang berbeza, dengan tahap uptime dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi daripada yang tidak dinilai untuk penggunaan komersil, seperti SLR digital atau titik dan menembak kamera.

Kamera perindustrian komersil tidak mempunyai simpanan di atas kapal. Mereka mengandungi penampan ingatan tetapi memindahkan data imej ke komputer SoC atau papan tunggal untuk menyimpan dan pilihan proses semasa terbang. Berdasarkan keputusan imej, drone boleh menukar corak penerbangannya jika perisian itu menemui lokasi yang tidak dijawab atau imej yang buruk disebabkan oleh liputan awan. Mereka juga boleh digunakan untuk memastikan mengelakkan perlanggaran terhadap talian kuasa atau drone lain.

Penapis juga tersedia dan digunakan pada kamera perindustrian, bergantung kepada aplikasi. Kamera mono dengan kaca yang terang adalah biasa, serta kamera warna, dan pelanggan boleh menentukan penapis yang merangkumi spektrum dari 380 hingga 1, 000 nm. Sesetengah menggunakan penapis menyekat kelihatan untuk melihat hanya pada maklumat NIR, dan yang lain menggunakan kamera berasingan untuk merah, hijau, dan biru dan menyekat NIR. Terdapat juga kamera diskret untuk panjang gelombang yang berbeza di luar spektrum ini yang boleh digunakan secara selari.

Sensor kamera monokrom masih sangat penting dan digunakan dalam aplikasi pemeriksaan. Menggunakan kamera warna mengurangkan resolusi imej kerana terbina dalam penapis Bayer dan algoritma penukaran atau debit / demosaicing yang secara digital memproses dan membina semula imej penuh warna. Kamera mono memberikan maklumat pixel-to-pixel yang sempurna tanpa menggunakan pola Bayer atau kehilangan resolusi.

Ramai UAV telah menjadi juruterbang secara autonomi, jadi menghalang atau meminimumkan downtime adalah penting. Kamera diperakui untuk mengendalikan kejutan dan getaran yang lebih besar daripada kamera pengguna dan mencapai masa yang lebih panjang antara kegagalan.

Walaupun kamera dalam telefon bimbit termasuk kanta dalam pakej yang sama, pada kamera drone komersial, mereka dinyatakan secara berasingan, dilampirkan, dan dikawal dari jauh. Daripada menindih penutup lensa mekanikal yang boleh haus dari masa ke masa, mereka menggunakan tetingkap digital elektronik. Peranti menyesuaikan fokus dan iris untuk kawalan yang tepat dan keseragaman semua imej yang diambil semasa penerbangan sementara keadaan luaran berubah.

Trend untuk resolusi kamera pengguna berubah. Ia secara historis telah mencapai resolusi yang lebih tinggi, tetapi, Lelieveld-Amiro menjelaskan, banyak pengeluar telefon mudah alih telah berhenti menolaknya. "Selepas jumlah tertentu, ia tidak lagi masuk akal. Ia terlalu tinggi pada kebanyakan masa, dan kanta yang disertakan tidak cukup baik untuk menggunakan resolusi, "katanya.

Dalam UAV, resolusi yang diperlukan bergantung pada resolusi tanah. Semakin tinggi file itu, resolusi yang lebih tinggi diperlukan untuk mendapatkan, katakan, 1 cm / pixel di tanah. Dalam aplikasi komersil tertentu, peraturan menentukan seberapa tinggi drone boleh terbang di beberapa negeri. Oleh itu, resolusi dan kadar bingkai adalah penting.

Resolusi kamera UAV berkisar dari 1 hingga 29 megapiksel, dengan aplikasi yang paling tinggi yang digunakan dalam penerbangan di udara atau memerlukan jarak sampel tanah yang sangat tinggi (GSD). Kamera ketepatan, talian kuasa, dan kamera pemeriksaan saluran paip biasanya menggunakan kamera antara 2 hingga 12 megapixel.

Bagi mereka yang terbang lebih rendah, terdapat pergerakan di antara kadar bingkai dan resolusi, dan pilihan bergantung pada banyak perkara, seperti sudut di mana kamera ditunjuk, jumlah oversample, dan apa yang pengguna lakukan dengan data imej. Lelieveld-Amiro mengatakan bahawa, di Lumenera, kamera resolusi tertinggi menawarkan 6 fps dan paling rendah boleh menawarkan 270 fps.

Kamera ALEXA Mini pada drone Freefly Alta digunakan untuk filem pendek, 'The Journey, ' yang diarahkan oleh Casey Warren dan Danielle Krieger.

Radiometri udara dengan sensor pengimejan haba

Sensor pencitraan kamera terma dapat melihat perbezaan suhu yang kecil. Pada pesawat, pemeriksaan haba komersial merangkumi pelbagai pengguna. Pada akhirnya, melihat empangan, talian paip dan loji kuasa atau melakukan pemeriksaan mencari dan menyelamat atau memadam kebakaran memerlukan prestasi dan keselamatan. Pengguna yang lebih rendah memeriksa bumbung, panel solar, atau hartanah dan boleh menyimpan drone mereka di dalam kereta.

Integrasi Duo Camera FLIR pada drone.
Naib Presiden Kanan di FLIR Systems, Jeff Frank, berkata, "Walaupun teknologi sensor itu sendiri yang kami masukkan ke dalam kamera drone kami sama seperti yang kami gunakan dalam sistem pegang tangan kami, kaedah yang diperlukan untuk mendapatkan pengukuran radiometrik udara yang tepat adalah unik dalam beberapa cara . "Sensor pada dron sering beroperasi 50 hingga 100 meter dari sasaran, lebih jauh dari 5 hingga 10 meter yang biasa dalam aplikasi pegang tangan.

FLIR's Duo Camera bersepadu pada Phantom.
Mereka juga boleh terdedah kepada variasi suhu yang ketara kerana mereka terbang pada kelajuan tinggi. Oleh kerana variasi dalam suasana menjejaskan penghantaran tenaga haba, jarak yang lebih jauh ini memerlukan pemprosesan tambahan untuk mencapai tahap ketepatan radiometrik yang lebih tinggi. Satu lagi kebimbangan untuk mengoptimumkan prestasi radiometrik dalam kamera drone ialah menguruskan aliran udara merentas kamera semasa penerbangan.

Kamera Dwi FLIR.
Di atas tanah, panci kamera dan kecondongan. UAV memberikan dinamik dan perspektif yang berbeza untuk mengumpul imej. Bergerak dalam ruang 3D, bergantung pada seberapa cepat ia berjalan, lebih tinggi ketepatan antara muka dwiarah diperlukan dan metadata disertakan dalam maklumat imej. Data disimpan dalam format mudah untuk downlink ke stesen tanah atau melihat dalam masa nyata.

Sensor haba Lepton FLIR yang digunakan pada kamera Duo. Kamera Duo Lepton FLIR menggabungkan teknologi pengimejan termal dan kelihatan serentak dalam satu kamera dan mengintegrasikannya dengan perakam data pada dron.
"Berbanding dengan aplikasi lain, tentera atau automotif di bawah tudung, aplikasi drone adalah yang paling kasar, " katanya. "Memandangkan kamera dipasang pada gimbal yang stabil, kecuali jika ia terhempas, dalam keadaan normal, persekitaran fizikal sangat jinak. Terdapat kebimbangan mengenai aliran udara kerana udara yang bergerak pantas dapat mempengaruhi kualiti imej atau menambah variasi atau kualiti radiometri. Ia adalah kunci untuk mengimbangi atmosfera. Algoritma, metodologi terbang, kamera, dan pasca pemprosesan mengambil kira dan berbeza dalam dunia pendengaran. "
Ketahui lebih lanjut mengenai Arri
Ketahui lebih lanjut mengenai FLIR
Ketahui lebih lanjut mengenai Lumenera