1. Kernschmerzpunkte in der großflächigen UAV-Luftbildfotografie und Hardwareanforderungen
In der Praxis der Luftbildfotografie stehen große UAVs oft vor vier Arten von Schmerzpunkten, die sich auf die Aufgabenleistung und Datenqualität auswirken, wobei jeder Schmerzpunkt klare und strenge Anforderungen an das montierte Kameramodul stellt:
- Detailverlust bei Hochgeschwindigkeitsbewegung: Bei Vermessungs- und Kartierungsarbeiten müssen UAVs mit Geschwindigkeiten von 40-60 km/h fliegen. Herkömmliche Module neigen dazu, aufgrund unzureichender Bildraten unscharfe Objektkanten zu erzeugen. Daher muss das Modul hohe Bildraten + hohe Pixelzahlen aufweisen, um sicherzustellen, dass Details, die während der Bewegung erfasst werden, für die Nachkalibrierung der Koordinaten verwendet werden können.
- Ungleichgewicht der Bildqualität bei plötzlichen Lichtveränderungen: Die Überwachung des Pflanzenschutzes in der Landwirtschaft muss die Zeit des Morgentaus, die Mittagsbewässerungszeit und die Abendbewertungszeit des Wachstums abdecken. Bilder sind anfällig für Probleme wie "übermäßiges Rauschen bei schwachem Licht, Überbelichtung bei starkem Licht und dunkle Gesichter bei Gegenlicht". Das Modul muss über starke dynamische Anpassungsfähigkeiten verfügen, um eine konsistente Bildqualität über den ganzen Tag zu gewährleisten.
- Konflikt zwischen UAV-Integration und Ausdauer: Obwohl große UAVs eine hohe Tragfähigkeit haben, ist der Innenraum begrenzt. Wenn das Modul außerdem den USB-Anschluss des UAVs zur Stromversorgung nutzt, kann es aufgrund unzureichender Stromversorgung zu häufigen Unterbrechungen kommen. Das Modul muss "kompakte Größe" mit "unabhängiger und stabiler Stromversorgung" in Einklang bringen, um zu vermeiden, dass übermäßige Tragfähigkeit und Platz beansprucht werden.
- Zuverlässigkeitsmängel in komplexen Umgebungen: Notfallrettungsuntersuchungen stoßen oft auf starke Vibrationen in großen Höhen und große Temperaturunterschiede. Module können unter Linsenabweichungen und schlechtem Bauteilkontakt leiden. Das Modul muss über ein vibrations- und temperaturbeständiges Design verfügen, um einen ununterbrochenen Betrieb von 2-3 Stunden zu gewährleisten.
2. Lösungen für Schmerzpunkte und Parameterunterstützung für das UHD IMX334 USB-Kameramodul
Ziel des Moduls sind die oben genannten Schmerzpunkte, die durch die gezielte Gestaltung von Kernparametern eine "Schmerzpunkt - Parameter - Lösungs"-Schleife bilden, anstatt oberflächliche Leistungsstapelung. Die spezifischen Vorteile spiegeln sich in den folgenden vier Aspekten wider:
1. 4K@60FPS + 2,0μm Pixel: Auflösung des Detailverlusts bei Hochgeschwindigkeitsbewegung und Verbesserung der Genauigkeit der Vermessungsdaten
Bei herkömmlichen 30FPS-Modulen erzeugt jedes Bild, wenn ein UAV mit 50 km/h fliegt, eine Verschiebung von etwa 0,28 Metern, was zu unscharfen Objektdetails führt. Die 4K@60FPS-Ausgabe des Moduls reduziert jedoch das Bildintervall auf 16,7 ms und reduziert die Verschiebung auf 0,23 Meter. In Kombination mit der 2,0μm großen Pixelgröße, die die Lichtaufnahme pro Pixel erhöht, bleiben die Objektkanten auch bei schneller Bewegung klar, wodurch die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung der Details über Algorithmen entfällt.
Darüber hinaus bieten die 8MP effektiven Pixel redundante Pixel über die 4K-Auflösung (3840×2160) hinaus. Nach der Luftbildfotografie können lokale Bereiche um das 1,5-fache zugeschnitten und vergrößert werden, während gleichzeitig die Identifizierung von Blattkrankheitsflecken ermöglicht wird. Dies reduziert den Bedarf an erneuten Flügen aufgrund unzureichender Details und verbessert die Effizienz der landwirtschaftlichen Überwachung.
2. WDR + DOL Dual-Technology-Kombination: Behebung des Ungleichgewichts der Bildqualität bei plötzlichen Lichtveränderungen und Ermöglichung des ganztägigen Betriebs
Um Lichtprobleme zu unterschiedlichen Zeiten zu bewältigen, verwendet das Modul eine "Dual-Technology-Collaboration"-Lösung:
- Bei starkem Mittagslicht erfasst die DOL-Technologie 2-3 Bilder mit unterschiedlichen Belichtungen und überlagert diese, wodurch der Dynamikbereich auf über 120 dB erweitert wird. Dies verhindert, dass Pflanzenblätter aufgrund starker Lichtreflexionen "ganz weiß" erscheinen, und ermöglicht eine klare Unterscheidung der Blattkräuselungsgrade.
- Bei schwachem Licht am frühen Morgen und Gegenlicht am Abend gleicht die WDR-Technologie die Helligkeit von hellen und dunklen Bereichen aus. Inzwischen filtert der 650nm IR-Filter Infrarot-Rauschen im Morgennebel heraus und vermeidet rot gefärbte Bilder und übermäßiges Rauschen in Umgebungen mit wenig Licht. Dies stellt sicher, dass die während der Tauperiode erfassten Daten zum Pflanzenwachstum für vergleichende Analysen verwendet werden können.
3. 38mm×38mm + 75mm×42mm Größe + DC12V Stromversorgung: Ausgleich von Integration und Ausdauer und Anpassung an den UAV-Körperraum
Der Innenraum, der für Kameramodule in großen UAVs reserviert ist, überschreitet in der Regel nicht 50 mm×50 mm×80 mm. Die Größe des Moduls mit Gehäuse (38 mm×38 mm + 75 mm×42 mm) kann leicht in den Gerätebereich eingebettet werden, ohne dass die Struktur des UAVs geändert werden muss. Gleichzeitig passt sich die DC12V-unabhängige Stromversorgung (600mA Betriebsstrom) direkt an die in UAVs üblicherweise verwendeten 12V-Lithium-Akkupacks an und vermeidet die Abhängigkeit von der USB-Anschluss-Stromversorgung. Darüber hinaus macht das 600mA-Low-Power-Design einen geringen Anteil am Stromverbrauch in UAVs mit Batterien herkömmlicher Kapazität aus und unterstützt einen langfristigen Dauerbetrieb ohne Batteriewechsel während der Aufgabe.
4. SMT + AA-Prozess + ROHS-Konformität: Verbesserung der Zuverlässigkeit in komplexen Umgebungen und Reduzierung von Ausfallrisiken
Ziel der rauen Umgebungen der Notfallrettung ist es, die Haltbarkeit des Moduls aus prozessualer Sicht zu verbessern:
- SMT gewährleistet eine Lötpräzision von 0,1 mm für Chips, Kondensatoren und andere Komponenten, wodurch der Widerstand gegen hochfrequente Vibrationen unter 200 Hz ermöglicht und Bildunterbrechungen durch lose Komponenten verhindert werden.
- Der AA (Active Alignment)-Prozess steuert die optische Mittenabweichung zwischen Objektiv und Sensor innerhalb von ±0,01 mm. Selbst bei Temperaturunterschieden von -10℃ bis 40℃ gibt es keine Bilddefokussierung, die durch Linsenabweichungen verursacht wird, wodurch die genaue Erfassung von Personalpositionen und Geländedetails während der Rettungsuntersuchungen gewährleistet wird.
- Der ROHS-konforme Prozess verwendet temperaturbeständige Harzmaterialien, wodurch die Verflüchtigung schädlicher Substanzen, die Komponenten bei hohen Temperaturen korrodieren, verhindert und die Lebensdauer des Moduls in rauen Außenumgebungen verlängert wird.
3. Szenariobasierte Wertimplementierung: Von den Parametervorteilen zur Verbesserung der praktischen Betriebseffizienz
Die Parametervorteile des Moduls sind nicht nur theoretisch; sie können praktische Probleme in der großflächigen UAV-Luftbildfotografie effektiv lösen und in eine verbesserte Betriebseffizienz umsetzen:
- Vermessungs- und Kartierungsszenario: Die hohe Bildrate (4K@60FPS) und die hohe Auflösung ermöglichen es UAVs, während des Fluges klarere Objektdetails zu erfassen. Es besteht keine Notwendigkeit für eine wiederholte Überprüfung von unscharfen Bereichen während der Nachbearbeitung, wodurch Nacharbeiten reduziert und indirekt der Vermessungszyklus für einen einzelnen Bereich verkürzt wird.
- Strominspektionsszenario: Die gemeinsame Wirkung von WDR- und DOL-Technologien verbessert den Bildeffekt von Strommasten und Leitern in Gegenlichtumgebungen erheblich. Dies vermeidet Fehlurteile über versteckte Risiken wie Isolatorschäden und Leiterstrangbruch aufgrund von über- oder unterbelichteten Bildern, wodurch die Inspektionsgenauigkeit und -sicherheit erhöht werden.
- Notfallrettungsszenario: Die Stabilität der DC12V-unabhängigen Stromversorgung und das vibrationsbeständige Design reduzieren die Ausfallwahrscheinlichkeit des Moduls bei starken Vibrationen in großer Höhe und häufigen Kurven. Dies gewährleistet eine kontinuierliche und stabile Bildausgabe während der Rettungsuntersuchungen und liefert der Bodenkommandostelle zusammenhängende Bildreferenzen vor Ort und verhindert Verzögerungen bei Rettungsentscheidungen aufgrund von Geräteunterbrechungen.
- Überwachungsszenario für den Pflanzenschutz in der Landwirtschaft: Die Redundanz von 8MP-Pixeln und der Lichtvorteil von 2,0μm-Pixeln stellen sicher, dass die in lichtarmen Perioden aufgenommenen Pflanzenbilder immer noch deutlich das Blattwachstum und die Anzeichen von Schädlingen/Krankheiten zeigen. Dies macht strenge Einschränkungen der Betriebszeit überflüssig und erweitert das Fenster für die landwirtschaftliche Überwachung.
Es ist offensichtlich, dass der Kernwert dieses Moduls in der "präzisen Übereinstimmung zwischen Parametern und Szenarioanforderungen" liegt. Durch die Behandlung praktischer Schmerzpunkte im Betrieb bietet es eine zuverlässigere und effizientere Hardwareunterstützung für die großflächige UAV-Luftbildfotografie, anstatt sich nur auf das Stapeln hoher Parameter zu verlassen.
