בחירת טכנולוגיה מתאימה:
נכון להיום, ישנם מספר אופציות לפיתוח מצלמה בעלת רזולוציה גבוהה של כ-1000Mpixel בתחום הנראה, אמנם לא באמת מתאימים לתחום ספקטרלי SWIR מכיון שהסנסורים יקרים במיוחד, לכן אופציות לפיתוח כזו מצלמה בתחום SWIR הינם מוגבלות יותר.
יש אמנם דרכים פרקטיים שמאפשרת לפתח מצלמת SWIR ברזולוציה גבוהה שלכ-1000Mpixel. בטכנולוגיה הנוכחית ובמחירים סבירים.
נדון באופציה זו:
ישנן בעיקרון 3 דרכים לפיתוח מצלמה:
1-סנסור שטח בודד (single area sensor)
2-מערך של סנסורי שטח רבים (multiple sensors array )
3-סנסור קווי בודד (single linear sensor)
1-סנסור שטח בודד: רוב המצלמות משתמשות בסנסור שטח יחיד, אמנו הרזולוציה של סנסור כזה רחוק מלהגיע למילארדי פיקסלים, לכן, טכנולוגיה זו אינה מתאימה למצלמה המדוברת.
2-מערך של סנסורי שטח: ניתן אמנום לצלם ע”י אוסף של מאות סנסורים שטח ולחבר את כל התמונות ע”י תוכנה מיוחדת (Image stitching) כך ניתן להגיע למילארדי פיקסלים. למרות זאת, יש בטכנו’ זו מגרעות רבות:
-חוסר אחידות בתמונה
-דרישות גדולות מאות בעיבוד נתונים המגדילים ומיקרים את החומרה ואת כמות התמונות לשניה
(Frame Rate) לנמוך במיוחד.
-מספר רב של סנסורים הינו פתרון יסים לסנסורים זולים. לא ניתן באופן מעשי לבנות מערך של סנסורים SWIR מכיוון שמחיר מצלמה מורכבת כזו יהיה בלתי מעשי.
לפתרון זה אני קורא brute force. הקונספט פשוט אך המימוש כבד, מגושם, יקר ורחוק מאופטימלי.
3-סנסור קווי בודד: סנסורים קוויים אינם נפוצים אלא לצרכים מיוחדים, בדרך כלל תעשייתיים, אומנם לבנות מצלמת SWIR בעלת רזולוציה של אלפי מגא פיקסליםבמחיר סביר הינה גם צורך מיוחד.
מנקודת מבט טכנולוגית, לסנסור קוו מספר פיקלים נמוך, נמוך אף יותר מסנסור שטח שקיים היום. רק לדוגמה סנסור קווי בעל 12000*50 פיקסלים הינו בעל רק 600000 פיקסלים ובטכנולוגיה של היום אנו מסוגלים לבנות סנסורים בתחום הSWIR ברזולוציה של מספר מגא פיקסלים. כך שסביר שמחירו של הסנסור יהיה נגיש.
ע”י סנסור קווי של 12000 פיקסלים אורך ניתן יהיה להגיע לרזולוציה כוללת עבור תמונת קו אופק של כ- 1000 מגא פיקסלים ע”י סריקה של כ-80000 שורות.
כך נוכל לכסות שטח פנורמי של 12000*80000 פיקסלים.
אני אבחר פטרון זה כפטרון הפרקטי היחיד עבור מצלמה לאחיזת שטח בעלת רזולוציה גבוהה מאוד ובתחום ספקטרלי SWIR.
מצלמה בעלת רזולוציה של 1100MegaPixels
ממוש המצלמה:
לצורך ממוש מצלמה כזאת יש להתמודד עם מספר בעיות:
-קצב זרימת הפיקסלים (Acquisition Pixel rate )
-עיבוד ואגירת התמונות (On-The-Fly image processing)
-בחירת אזורים בעלי ענין לתצוגה (ROI display)
–קצב זרימת הפיקסלים: עבור מצלמה שכל frame שלה 1000Mega pixel ו קצב מינימלי של רק 14 Frames/second ישנו צורך במעבר נתונים של 28GB/s. גם עיבוד הנתונים צריך להיות בקצב דומה.
לצורך זה יש להשתמש במספר רב של ערוצי ADC במקביל ולקבל את הנתונים ע”י FPGA מכיוון שאין מעבד שיכול לקבל כזה כמות של Data ולנווט אותה למשאבים המתאימים.
–עיבוד ואגירת התמונות: לאחר שהdata התקבל בFPGA יש אפשרות לעבד אותה ולאגור אותה בזיכרון לצורכי אנליזה ותצוגה. חלק המעיבודים יכולים להיות:
-הדגש של אזורי עניין ברזולוציה מקסימלית והורדת רזולוציה באזורים שאין בהם עניין מיוחד
-זיהוי תנועה
-זיהוי אמצעי לחימה
-זיהוי התנהגות לא שגרתית
-זיהוי מבוקשים
-וכדומה
בחירת אזורים בעלי ענין לתצוגה: תמונה בגודל של כ-1000Mega pixel לא ניתן להציג בשלמותה בשום מסך וגם שאין עניין לראות את כל פרטי הפרטים של כל התמונה כל הזמן, לכן יש לבחור את האזורים בעלי העניין.
אזורים אלה יכולים להיות מקומות אסטרטגיים כגון: דלתות, בתים מסוימים, חלונות מסוימים ולא כל עץ או גינה.
גם ניתן לבחור אזורים ע”י זיהוי תנועה.
על גבי תמונה בגודל כזה העיבוד צריך להתבצע ע”י FPGA בחומרה ומבוקר ע”י מעבד. כך המעבד בתפקיד החכם האיטי והFPGA בתפקיד הטיפש המהיר, שניהם ביחד יכולים לעשות את כל העיבוד הנדרש בקצב המתאים לתמונות (Frames) בגודל של כ-1000Mega pixel.
דוגמא של פיתוח דומה
פותחה בעבר מצלמה לאחיזת שטח בעלת רזולוציה של 1100Mega pixel בתחום הנראה בשנת 2008 שקיבלה פרס מקום ראשון ב2009 , בתחרות לבטחון עולמית (Global Security Challenge) שפותחה על ידינו בגלובל מו”פ בע”מ . יש לציין שב2008 לא היה מספיק זיכרונות מהירים בגודל הנחוץ כך שהעיבוד שנעשה בFPGA נעשה תוך כדי הסריקה ללא צורך בזיכרון תמונה, אשר גרם לקושי נוסף.
בהמשך תמונה של האב-טיפוס:
