低照度 FPV レンズの選び方: F1.0 と IR

次世代の産業用ドローン、防衛用 UAV、または高速 FPV (一人称視点) システムのハードウェア調査の初期段階では、少なくとも週に 3 回は同じ質問に遭遇します。「『ブラックライト』フルカラー システム用に F1.0 の大口径レンズを調達するべきでしょうか、それとも従来の赤外線 (IR) 照明設定に固執するべきでしょうか?」

完全に率直に言うと、誰かがこれを単純な二者択一の選択肢として組み立てるたびに、私はため息をつかずにはいられません。

光学エンジニアとして上海シルクオプティカル私の日々の現実は、屈折率と闘い、MTF 曲線で何パーセントかを削り、厳しい物理法則と厳しい生産予算とのバランスを取ることで構成されています。. 調達チームが一般的なセールストークのフック、ライン、シンカーを飲み込んだために、高速フィールドテスト中に失敗する製品ラインが多すぎます。.

「F1.0 は未来です」と彼らは言います。あるいは「IRは安くて壊れない」。

誇大広告に騙されないでください. 光学設計は物理的なトレードオフの妥協のないゲームです。マーケティング PPT を読んで、どちらかを選択した場合に FPV イメージング パイプラインに実際に何が起こるかを詳しく見てみましょう。

1. F1.0「ブラックライト」フルカラー：フォトンモンスター（そしてその隠された税金）

アクティブローライト、フルカラーテクノロジーの前提全体は、F1.0絞り. あなたが光学マニアではない場合は、簡単な計算をここに示します。F 値は、レンズの焦点距離とその入射瞳径の比です。. F値を下げるたびに、センサーに届く光が2倍になります. 標準の F2.0 レンズから F1.0 レンズへの移行は、性能の低下を意味します。4倍の光CMOSピクセル上に.

現実世界の FPV 導入では、たとえば、薄暗い倉庫内を航行する自律型検査ドローンや夜間の捜索救助用 UAV などでは、高コントラストのビデオを撮影するために、煩わしくて電力を消費し、まばゆいばかりの白色 LED のグレアが必要ないことを意味します。. 色データに依存してオブジェクトを分類するオンボード AI モデル (危険なパイプのバルブやターゲットの衣服の色を識別するなど) の場合、F1.0 は素晴らしいものです。.

しかし、アマチュアのサプライヤーは教えてくれない落とし穴があります。絞りを大きく開くと、光学収差に絶対的な混乱が生じます。. 絞りを F1.0 まで開くと、光線が信じられないほど急な角度でレンズ要素の外縁に当たります。。これにより、FPV に 2 つの大きな問題が引き起こされます。

• 非常に薄い被写界深度 (DoF):誤差の許容範囲はミリメートルまで下がります. 内部モーターの熱や周囲温度の変化により、機械式レンズのハウジングがわずかでも曲がると、ターゲットは完全に焦点から外れてしまいます。.

• ペリフェラル MTF コラプス:球面収差とコマ収差により、高解像度画像の隅が濁った使い物にならないスープになってしまいます。. レンズがエッジで高い MTF (変調伝達関数) を維持できない場合、高価な 4MP または 5MP センサーは実質的に 1.3MP センサーのように動作します。.

これに対抗するには、安価な既製の球面ガラスを使用するだけでは済みません。. 私たちはそれを中心に設計する必要がありますASP（非球面レンズ）素子それらのローグエッジ光線を強制的に単一の焦点に戻す.

実際、言い換えさせてください。非球面形状を使用するだけではありません。それは素材の選択に関するものです. ドローン用に安価な全プラスチック製の F1.0 レンズを購入すると、意思周囲温度が変動したり、飛行電子機器が加熱したりすると故障します。.

まさにこれが当社のフラッグシップを構築した理由ですPL100 ブラックライト レンズ. ハードボイルドですF1.0、4mm、4MP/5MP対応光学モンスター高度な機能を中心に明示的に構築されている7E構造(オールガラス/ハイブリッド アーキテクチャ). PL100 は、カスタム耐熱バレルに収容された高級ガラス要素を利用することで、アクティブな熱補償を実現します。. FPV プラットフォームが高地の凍てつく風と戦っている場合でも、高ワット数の伝送ボードからの熱を吸収している場合でも (-20℃～+70℃)、フォーカス面は完全にロックされたままになります.

2. 赤外線 (IR) ナイトビジョン: 費用対効果の高い主力製品 (波長トラップ付き)

フェンスの反対側には、従来の IR 照明 (通常は 850nm または 940nm のアクティブ IR LED と組み合わせます) があります。. このカテゴリのレンズ - ボリュームに最適化されたレンズなどPL071 6Gオールガラスシリーズ- 信じられないほど成熟しており、安定性が高く、調達予算に非常に優しい.

IR システムの主な利点は、妥協のない鮮明なコントラストです。. 照明のない地下トンネルや周囲光がゼロの深い森の周囲など、絶対ゼロルクス環境では、IR は世界を鮮明で高コントラストの白黒地図に変えます。. 色の混乱を取り除き、エッジ AI アルゴリズムと SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) ビジュアル ナビゲーション システムに明確な境界をトレースできるようにします。.

ただし、IR セットアップにはサイレントキラーが待ち構えています。フォーカスシフト.

研究開発チームにとってよくある非常にイライラするシナリオは次のとおりです。エンジニアは日中研究室でドローンのビジョン システムを調整します。信じられないほどシャープに見えます. 夜が訪れると、ドローンが離陸し、アクティブ IR イルミネーターが作動し、突然ライブ フィードが誰かがレンズに油を塗ったように見えます。.

センサーのノイズ低減アルゴリズムを責めないでください。それは基礎物理学です。可視光 (400 ～ 700nm) と赤外光 (850nm/940nm) は、屈折率が波長に基づいて変化するため、同じガラス媒体中を異なる速度で伝わります。. レンズ要素が意図的に最適化されていない場合IR共同フォーカス、可視光の焦点面と赤外光の焦点面は、レンズの後ろの 2 つの完全に異なる深さに着地します。.

この悪夢のような遅れを回避するために、私たちは次のことを統合します。ED（特殊低分散）ガラス素子両方の波長がセンサー上のまったく同じミクロンレベルの面に焦点を合わせるように、特殊な広帯域コーティングを適用します。. さらに、反射率の高い表面 (金属の標識や白い建物など) に向かって高速で飛行している場合、IR セットアップは局所的な露出過剰 (「ホワイトアウト」) で悪名高いです。. 統合なしブルーグラスゴーストや二次反射を抑制するための特殊なフィルタリングを使用すると、ナビゲーション AI に深刻な遅延や完全な幻覚が発生します。.

3. FPV 調達決定​​マトリックス: どれがあなたのドローンに適合しますか?

会社の細かいことはやめて、次回のハードウェア監査に備えて具体的なエンジニアリング チェックリストを作成しましょう。:

次の場合に PL100 F1.0 ブラックライト レンズを購入しました。

• カラーデータは交渉の余地がありません:ドローンは、星明かりの下で特定のワイヤーの色、ハザードマーカー、構造上の錆、または捜索救助用のターゲット衣装を識別する必要があります。

• アクティブエミッションは責任です:あなたは、明るい赤外線や白色スポットライトが受け入れられない場所で、ステルス監視プラットフォーム、戦術 UAV、または野生動物監視ドローンを構築しています。

• 高速エッジAI処理：オンボード コンピューターには、泥だらけの低照度フィードでソフトウェア シャープニングやノイズ除去フィルターを実行して GPU/NPU サイクルを無駄にする余裕はありません。. 大きく開いた絞りから直接得られる、忠実度の高い「クリーンな」光子が必要です.

• 私たちの推奨事項:のPL100（F1.0、4mm、M12）。すべてのユニットは厳格な自動化処理を受けていますアクティブ アライメント (AA テスト)当社の生産パークでは、工場ラインから出荷される前に、チルトとチーフ レイ アングル (CRA) がハイエンド 4MP/5MP センサーと完全に一致していることを確認します。

次の場合は、IR 最適化レンズ (PL071 など) を使用してください。

• 絶対ゼロルクス動作:FPV ドローンは、照明のない鉱山、放棄された建物、または増幅する周囲光子が文字通りゼロである地下深くのインフラストラクチャで動作します。.

• 厳しい調達予算の制約:このプロジェクトは、基本的な幾何学的境界検出と障害物回避のみを必要とする、倉庫用 AGV または基本的な境界ドローンを大規模でコスト重視のフリート展開するものです。.

• 純粋な幾何学的な SLAM / マッピング:ローカリゼーション アルゴリズムは、高コントラストのエッジ検出と空間的特徴のみを考慮するため、色情報は無関係になります。.

研究室からの最終的な意見

精密光学では、何もせずに何かを手に入れることはできません。F1.0 レンズの低照度での大きなペイロードが必要な場合は、構造温度補償と非球面ガラス プロファイルに投資して、熱ドリフトとコーナーのぼやけを防ぐ必要があります。. コスト効率の高い IR ルートを選択する場合は、サプライヤーが夜盲症を防ぐ真の IR コフォーカシングを提供していることを確認する必要があります。.

上海シルクオプティカル では、毎月 600 万個以上のレンズを製造しています。. 私たちはありきたりなセールストークは扱いません。 MTF曲線と物理的信頼性を扱います。光学的耐性を推測するのにうんざりしていて、次のドローン、セキュリティ、医療用ビジョン アレイの実際のハードウェア仕様について相談したい場合は、お問い合わせください。ライトが消えたときに実際に動作するものを構築してみましょう。