Революция CMOS-технологии в ночном видении: новая эра в условиях низкой освещенности

Title: Революция CMOS-технологий в ночном видении: новая эра в низкоосветительной визуализации

Subtitle: Передовые CMOS-сенсоры бросают вызов традиционной тепловизионной технике, предлагая цифровые решения высокого разрешения для гражданских и военных применений.

Восхождение CMOS в ночном видении

Недавние прорывы в CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) технологии меняют ландшафт ночного видения. В отличие от традиционных вакуумных усилителей изображения, современные CMOS-сенсоры используют малошумящие, высокочувствительные архитектуры пикселей для захвата видимого и ближнего инфракрасного (NIR) света с исключительной четкостью в условиях звездного света (до 0,001 люкс). Например, специализированные CIS (CIS) компоненты для низкого уровня освещенности теперь обеспечивают монохромную визуализацию в реальном времени от дневного света до безлунных ночей, сочетая высокий динамический диапазон с минимальным энергопотреблением. Эти достижения устраняют критические ограничения более ранних систем ночного видения, такие как громоздкость и ограниченная цифровая функциональность, путем интеграции встроенной обработки сигналов и оптимизации SWaP-C (размер, вес, мощность и стоимость).

Ключевые инновации в CMOS-ночном видении:

• Технологии SFCPixel® и PixGain™: Собственные разработки таких компаний, как SmartSens, улучшают коэффициент усиления преобразования напряжения, повышая чувствительность в NIR-спектре (например, 850–940 нм) при сохранении низкого уровня шума.

• Сенсоры с глобальным затвором: В отличие от скользящих затворов, глобальные затворы устраняют искажения движения в динамичных сценах, обеспечивая четкое изображение движущихся объектов при импульсном ИК-освещении.

• Multi-Exposure HDR: Такие технологии, как PixGain HDR®, объединяют длинные и короткие экспозиции, чтобы сохранить детали как в тенях, так и в светлых участках, что критически важно для работы (день/ночь).

Ночное видение против тепловизионной техники: техническое противостояние

Хотя обе технологии превосходны в условиях низкой освещенности, их основополагающие принципы диктуют различные области применения. Приборы ночного видения (ПНВ) усиливают окружающий свет (например, лунный свет) или активно освещают сцены с помощью ИК-светодиодов. Напротив, тепловизоры обнаруживают средне- или длинноволновое инфракрасное излучение , испускаемое объектами в зависимости от температуры, не требуя окружающего света.

Ограничения и компромиссы:

• Недостатки ночного видения: Подвержен переэкспонированию от внезапных источников света и неэффективен через стекло.

• Недостатки тепловизионной техники: Не удается различить нетепловые детали (например, черты лица) и плохо справляется с отражающими поверхностями.

Гибридные системы: будущее ночного видения

Слияние CMOS и тепловизионных технологий открывает мультиспектральные решения для визуализации. Исследования в области алгоритмов слияния сочетают текстурное богатство изображений на основе CMOS с тепловым контрастом ИК-сенсоров, обеспечивая идентификацию целей в сценариях, где не работает ни одна из технологий по отдельности. Например, системы военного класса ICMOS (Intensified CMOS) объединяют усилители изображения с CMOS-сенсорами для получения экстремального усиления при низкой освещенности, в то время как EBAPS (Electron Bombarded Active Pixel Sensors) обеспечивают высокий динамический диапазон для работы в любых погодных условиях.

Новые области применения:

• Автономные транспортные средства: CMOS-сенсоры с подавлением мерцания светодиодов обеспечивают надежность при переменном освещении.

• Поиск и спасение: Тепловые датчики обнаруживают тепло тела, а CMOS обеспечивает контекст окружающей среды.

• Интеллектуальное наблюдение: Аналитика на основе ИИ использует данные CMOS для распознавания объектов наряду с обнаружением тепловых аномалий.

Перспективы рынка и заключение

Глобальный рынок ночного видения смещается в сторону цифровых, CMOS-ориентированных систем из-за их масштабируемости и совместимости с рабочими процессами ИИ. В то время как тепловизионная техника остается незаменимой для конкретных случаев использования (например, пожаротушение), достижения CMOS сокращают разрыв в производительности, предлагая экономичные, высокоточные альтернативы. Как отмечается в отраслевых анализах, «будущее адаптивного видения в темноте заключается в мультимодальном слиянии» — направление, которое уже приняли производители комплектного оборудования, разрабатывающие гибридные устройства.

В заключение, CMOS-технология превратила ночное видение из нишевого инструмента в универсальную цифровую платформу. Ее синергия с тепловизионной техникой обещает изменить ночные операции в оборонном, охранном и потребительском секторах, в конечном итоге превращая темноту в холст для инноваций.