Perusahaan Cina Hikvision adalah salah satu pemasok kamera pengintai terkemuka di pasar global, yang kapitalisasi tumbuh menjadi $ 20 miliar tahun lalu.
Permintaan sistem CCTV telah meroket dalam beberapa tahun terakhir baik di China maupun di seluruh dunia. Para pemimpin di banyak wilayah dan perusahaan percaya bahwa kamera sangat diperlukan untuk pembangunan yang disebut "kota pintar" dengan pengawasan yang luas.
Thermal Camera Hikvision yang dirilis pada tahun 2016 menarik perhatian System Plus Consulting karena satu alasan sederhana: AI.
Hikvision telah menciptakan kamera pertama dengan sistem AI terintegrasi, yang menggabungkan solusi perangkat lunak dan perangkat keras dalam produknya. Hal ini mendorong System Plus Consulting, sebuah divisi dari Yole Développement, untuk melihat di balik kap kamera ini guna memahami "solusi teknologi apa yang ada di baliknya."
Yang paling menonjol, kamera ini mewujudkan yang terbaik dari dunia Timur dan Barat - "mikrobolometer dan prosesor China" bersama dengan "komponen dan perangkat analog non-China untuk AI."
Di antara pesaing Hikvision dalam spesialisasi ini adalah Dahua dan Uniview yang berbasis di Cina, Bosch (Jerman) dan Axis (Swedia).
Hikvision berbeda dari mereka karena "perusahaan ini dapat merancang dan membuat produknya sendiri". Perusahaan Cina memiliki jalur produksi MEMS sendiri, mengemas dan mengujinya, pemasangan di permukaan dan perakitan akhir komponen.
Intel, Hikvision, dan Movidius (sekarang Intel) menyediakan tiga komponen utama yang unik untuk kamera yang dimaksud:
- Modul merdu Intel Peltier untuk pemrosesan sinyal digital pasca-mikrobolometer dan kontrol suhu
- Hikvision sendiri telah mengembangkan chip untuk pemrosesan sinyal gambar, encoding dan enkripsi video, serta fungsionalitas jaringan
- Prosesor Movidius mendukung AI untuk pemrosesan gambar
Lebih lanjut dalam teks ini, spesialis dari System Plus Consulting akan membongkar kamera ini dan memberi tahu Anda secara mendetail.
Ruang termal
Kamera termal mampu mendeteksi panas yang dihasilkan oleh tubuh manusia dan mengubahnya menjadi gambar menggunakan proses analisis sinyal yang canggih. Gambar direproduksi dengan mendeteksi dan menganalisis suhu. Dalam beberapa tahun terakhir, pencitraan termal telah menemukan jalannya ke dalam aplikasi berbiaya rendah berkat mikbolometer.
Mikbolometer adalah sensor yang mendeteksi radiasi infra merah. Mereka terdiri dari jaringan titik penginderaan (disebut "piksel") yang terdiri dari berbagai lapisan dan bahan penyerap yang berbeda seperti vanadium oksida atau silikon amorf (α-Si).
Dalam percakapan dengan System Plus Consulting, kami membahas aspek teknis dan struktural dari kamera pencitraan termal jaringan Hikvision DS-2TD2166-15 / V1. Pakar teknis dari System Plus Consulting berbicara tentang struktur elektronik dan perangkat keras peralatan sistem, menyoroti berbagai elemen yang menyusunnya.
Kamera jaringan termal Hikvision DS-2TD2166-15 / V1 dilengkapi dengan sensor gambar berdasarkan susunan bidang fokus vanadium oksida yang tidak didinginkan (Gambar 1). Ini mendukung algoritma analisis cerdas untuk beberapa infrastruktur penting seperti bandara, kereta api, dll. Kamera pencitraan termal ini didasarkan pada beberapa chipset seperti mikrobolometer RTD6171MR dengan 640 × 512 piksel (pitch 17 μm); Siklon FPGA V 550MHz 224I / O (FBGA484); SDRAM 2 GB (128Mx16) 800 MHz 13,75 ns (TFBGA96); Pengontrol suhu untuk modul Peltier (TQFN48); Sistem pada chip untuk kamera IP HD profesional; Prosesor Visi Mesin 2x32Bit RISC Proc. 4Gb LPDDR3; dan DDR4 DRAM 8 GB (512Mx16) 2400 Mbps.
Fitur teknis dan desain membuat kamera ini ideal untuk mencegah kebakaran dan dengan cepat mendeteksi panas berlebih dan perubahan suhu di pabrik dan proses manufaktur.
Teknik analisis gambar di kamera ini memungkinkan deteksi peristiwa dalam ruang dan waktu dari aliran video yang berkelanjutan. Kamera memiliki 4 jenis aturan untuk analisis konten video (penyeberangan garis, intrusi, masuk dan keluar suatu wilayah) dan 4 lainnya dapat diterapkan.
Kamera menangkap gambar termal yang memungkinkan pengguna mendeteksi orang, objek, dan kecelakaan dalam kondisi gelap gulita dan kondisi sulit. Karena kamera hanya peka terhadap radiasi infra merah yang dipancarkan dari tubuh, kemampuannya untuk melihat dan merekam gambar tidak terpengaruh oleh cahaya dalam adegan yang sedang direkam.
Kamera juga dapat mengukur suhu sebenarnya dari tempat yang dipantau. Perangkat membunyikan alarm saat suhu melebihi ambang batas. Mari kita lihat perangkat keras kamera ini.
Gambar 1: Hikvision DS-2TD2166-15 / V1.
Perangkat keras Hikvision
Thermal imager terdiri dari 6 papan, yang masing-masing dirancang untuk tujuan tertentu. Mari kita lihat beberapa bagian (Gambar 2 dan 3). FPGA Cyclone V SoC dibangun di atas teknologi proses 28nm daya rendah (28LP) TSMC; Ini terdiri dari prosesor dual-core ARM Cortex-A9 MPCore, berbagai periferal dan pengontrol SDRAM multiport. Penggunaan sirkuit ini memberikan penghematan daya dan mendukung throughput puncak lebih dari 100 Gbps dan negosiasi transfer data antara prosesor dan FPGA.
Gambar 2: Beberapa papan dari Hikvision.
Gambar 3: Hikvision PCB 2.
Komponen pembentuk / amplifikasi sinyal terdiri dari berbagai sirkuit mikro, khususnya penguat tujuan umum AD8605ARTZ-REEL, penguat ganda LT6203IMS8 100 MHz dan penguat diferensial LT1994IMS8 70 MHz. AD8605ARTZ memiliki fitur tegangan offset yang sangat rendah, tegangan input dan noise rendah, serta bandwidth tinggi. Ini menggunakan Analog Devices, Inc. yang telah dipatenkan. teknik trim DigiTrim yang menyesuaikan kinerja sirkuit dengan memprogram sumber arus.
LT6202 memiliki tegangan noise 1.9nV / √Hz dan hanya menarik 2.5mA per amplifier. Amplifier ini menggabungkan noise rendah dan penarikan arus dengan gain bandwidth 100 MHz, laju perubahan tegangan 25 V / μs, dan dioptimalkan untuk sistem dengan pembentukan input rendah. Distorsi harmonik kurang dari -80 dBc pada 1 MHz, membuat amplifier ini cocok untuk digunakan dalam sistem akuisisi daya rendah seperti ruang termal ini.
LT1994 sangat ideal untuk sinyal level shift untuk menggerakkan input diferensial dan ADC suplai tunggal. Tegangan keluaran mode umum LT1994 adalah tegangan independen dan diatur dengan menerapkan tegangan ke pin VOCM seperti yang dijelaskan dalam lembar datanya.
ADC 16-bit ADS1112IDGSR dan LT3042IDD mendukung komunikasi yang konsisten dengan FPGA. DS1112 dirancang untuk aplikasi pengukuran resolusi tinggi di mana memori dan konsumsi daya harus dipertimbangkan. LT3042IDD adalah regulator tegangan putus putus rendah linier yang dirancang untuk memberi daya pada aplikasi RF yang peka terhadap kebisingan. Ada IC lain pada Papan 3 dan 1 untuk mendukung catu daya ke subsistem terintegrasi masing-masing seperti regulator linier dan konverter buck.
Detail utama yang menentukan 80% biaya adalah mikbolometer (vanadium oksida). Ini didukung oleh komponen Peltier dengan rangkaian pengatur suhu.
Lensa
Modul utama pendukung mikrobolometer terdiri dari berbagai lensa untuk mengoptimalkan sinar infra merah pada sensor. Pada Gambar 4 dan 5, kita melihat lensa germanium dengan diameter 19,6 mm dan dua lensa yang terbuat dari arsenik triselenide (As2Se3) dengan diameter berbeda - 17,6 mm dan 27,6 mm.
Gambar 4: Modul kamera.
Gambar 5: Modul lensa.
Dalam optik, ada yang namanya bilangan bukaan (kadang-kadang disebut rasio fokus atau bukaan relatif), yang mengungkapkan area persepsi cahaya. Artinya, panjang fokus dibagi dengan diameter bukaan.
Lensa dengan diameter aperture yang lebih besar memungkinkan lebih banyak cahaya atau radiasi infra merah untuk melewatinya. Akibatnya, lebih banyak radiasi infra merah meningkatkan pengukuran dalam hal rasio signal-to-noise. Parameter yang menentukan kualitas pengukuran disebut "NETD" atau "Noise Equivalent Temperature Difference". Biasanya dinyatakan dalam mili-Kelvin (mK) dan menyatakan seberapa baik detektor gambar termal dapat membedakan perbedaan kecil pada gambar termal. Nilai tipikal untuk kamera pencitraan termal yang tidak didinginkan dengan mikrobolometer berada di urutan 45 mK.
Mikbolometer
Kisi resistor piksel membentuk sensor yang tidak didinginkan. Sensor semacam itu disebut mikrobolometer. Setiap radiasi yang masuk ke penyerap menaikkan suhunya di atas suhu resistor. Semakin tinggi konsumsi daya, semakin tinggi kenaikan suhu. Nilai resistor berubah tergantung pada radiasi insiden (pengaruh radiasi infra merah, yang memanaskan permukaan, sangat kuat). Setiap piksel diwakili oleh sel CMOS input (pembacaan sirkuit terintegrasi -ROIC) dan diproses oleh sirkuit mikro untuk membuat gambar di komputer atau monitor menggunakan FPGA (Gambar 6 dan 7). Biasanya, struktur mikrobolometer dioptimalkan untuk sensitivitas yang lebih tinggi dalam kisaran spektral 8-14 µm. Hikvision DS-2TD2166-15 / V1 menggunakan sensor IRAY RTD6171MR dengan resolusi 640 × 512 piksel (langkah 17 μm),60 Hz (keluaran analog) dan SMD.
Gambar 6: Mikrobolometer - IRAY RTD6171MR.
Angka: 7. Microbolometer RTD6171MR 17 mikron - pembongkaran.
Getter secara signifikan mengurangi evolusi gas dan mempertahankan tekanan rendah di rongga tubuh.
System Plus telah menyoroti karakteristik fisik mikrobolometer, dirangkum di bawah ini:
- Area cetakan: 175,2 mm² (13,6 x 12,8 mm)
- Area piksel: 96,4 mm² (10,9 x 8,85 mm)
- Array piksel: 641 x 520
- Matriks Piksel Aktif: 640 x 512
- Jumlah substrat: 107
- Koneksi kabel: 32
Dengan menganalisanya dari dalam, kita dapat melihat bahwa reflektor terletak di bawah bahan penyerap dan bersentuhan dengan substrat, yang mengarahkan cahaya untuk mengoptimalkan sinyal. Bahan penyerap "ditangguhkan" dari substrat untuk menyediakan isolasi termal, sedangkan kisi piksel disegel secara vakum untuk meningkatkan daya tahan dan keandalan. Kebanyakan mikrobolometer yang digunakan pada kamera termal menggunakan vanadium oksida sebagai bahan penyerap karena kontras termal yang lebih baik, yang menghasilkan gambar yang lebih akurat dan jelas.
Detektor vanadium oksida memiliki impedansi sekitar 100 kΩ untuk resistor tengah, berbeda dengan detektor α-Si, yang biasanya memiliki impedansi sekitar 30 MΩ. Dalam kondisi ini, vanadium oksida memiliki tegangan derau Johnson yang lebih rendah, dan oleh karena itu pengukuran akan menjadi lebih sedikit derau. Tegangan derau Johnson bergantung pada tiga kondisi: peringkat resistor, bandwidth sirkuit, dan suhu.
Ruang dilengkapi dengan suhu referensi dan sistem stabilisasi suhu Peltier, dilengkapi dengan empat saluran 14-bit AD5645RBRUZ DAC dengan referensi terintegrasi dan pengontrol suhu MAX1978ETM + T untuk komponen Peltier.
Elemen peltier adalah perangkat termoelektrik murah yang digunakan untuk pembangkit listrik, pendinginan dan kontrol suhu yang tepat dan, seperti pada ruang ini, untuk menjaga suhu konstan suatu objek pada tingkat tertentu. Elemen peltier didasarkan pada fenomena termoelektrik. Fenomena ini didasarkan pada pembentukan perbedaan level tegangan pada sambungan PN dari dua bahan logam yang berbeda.
MAX1978 memiliki transistor efek medan daya bawaan dan sirkuit manajemen termal yang meminimalkan komponen eksternal sekaligus mempertahankan efisiensi tinggi. Penguat pencacah melayang ultra-rendah memberikan stabilitas suhu ± 0,001 ° C. Sensor suhu terletak pada modul lensa dan didasarkan pada termistor NTC / PTC. Sensor suhu digital opsional, TMP75AIDRG4, memantau suhu sistem (sekitar) yang dikontrol langsung oleh FPGA.
Tidak seperti jenis peralatan pendeteksi infra merah lainnya, mikrobolometer vanadium oksida tidak memerlukan pendinginan. Vanadium oksida berperilaku berbeda bergantung pada suhu. Kaca berlapis memblokir radiasi infra merah (tetapi bukan cahaya tampak) pada suhu tertentu, memungkinkan elektronik kamera memproses gambar dari spektrum elektromagnetik dan mereproduksinya dalam warna semu.
Modul lainnya
Kamera termal mendukung transmisi RS232 (melalui SP3232EEN-L) untuk antarmuka industri dan transmisi Ethernet dengan dukungan RTL8201FI-VC-CG. Papan 6, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, termasuk sistem daya AC / DC dengan dioda penekan tegangan transien untuk melindungi elektronik dari transien dan ESD.
Gambar 2: Beberapa papan dari Hikvision.
Kamera termal juga memiliki antarmuka PoE internal, yang didukung oleh Antarmuka PD Daya Tinggi TPS2378DDDAR PoE dan pengontrol Texas Instruments TL2845BDR-8. Yang terakhir menyediakan semua fungsi yang diperlukan untuk mengimplementasikan rangkaian kontrol DC frekuensi tetap dalam mode berdiri sendiri atau DC dengan minimal komponen eksternal.
Resistansi sakelar rendah (0,5 ohm) dari TPS2378DDAR, dikombinasikan dengan pembuangan panas yang lebih baik dari sasis PowerPAD, memungkinkan sistem PoE untuk terus menangani hingga 0,85 A. Power over Ethernet (PoE) adalah teknologi yang mentransfer daya melalui kabel Ethernet: perangkat yang menyediakan perangkat bertenaga disebut unit catu daya (PSE), dan perangkat bertenaga disebut perangkat bertenaga (PD). Saat perangkat bertenaga terhubung ke sumber, standar PoE menentukan arus masuk untuk mencegah lonjakan besar. Selain itu, standar PoE menyediakan jabat tangan analog (klasifikasi) antara catu daya dan perangkat bertenaga untuk pencocokan daya.
Bekerja dengan video di kamera disediakan oleh sistem berdasarkan SoC HI3519 V111. Ia menggunakan codec kompresi video H.265, dan menampilkan konsumsi daya rendah dan desain arsitektur. Hi3519 V101 mendukung rotasi 90 ° atau 270 °, koreksi distorsi lensa yang dibantu perangkat keras, algoritme untuk berbagai model kamera IP, dan codec audio. SoC ini dilengkapi dengan dua pasang DDR4 4GB masing-masing dan GD5F2GQ4UB9IGR Flash NAND 2MB SPI
Intel Movidius MA2450 VPU 2x32Bit RISC Proc. LPDDR3 4Gb pada 933 MHz terletak di papan 4 (Gbr. 2) dan memungkinkan sistem untuk mengenali objek dan orang dengan cepat, menganalisis jumlah orang, memeriksa produk yang diproduksi, dan banyak lagi. Sistem visi komputer menggunakan pembelajaran mendalam untuk membentuk jaringan saraf yang memandu sistem dalam pemrosesan dan analisis gambar.
Berbagai ruang termal dengan sensor yang didinginkan dan tidak didinginkan menonjol di pasaran. Pencitra termal dengan sensor yang didinginkan lebih mahal. Banyak kamera termal modern memiliki sensor bawaan dengan cryocooler.
Berkat mikrobolometer, kamera pencitraan termal memberikan akurasi yang baik dengan biaya rendah. Kamera mengukur suhu permukaan dari panas yang dipancarkan oleh objek dan memproyeksikannya sebagai gambar.
- Sistem kontrol serial pertama Rusia untuk mesin bahan bakar ganda dengan pemisahan fungsi pengontrol
- Di mobil modern, ada lebih banyak baris kode daripada ...
- Kursus Online Gratis di Otomotif, Dirgantara, Robotika dan Teknik (50+)
- McKinsey: memikirkan kembali perangkat lunak dan arsitektur elektronik di otomotif
Tentang ITELMA
Daftar publikasi berguna tentang Habré