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| 本文作者： 劉路遙 | 2023-06-26 10:34 |
具備夜視能力的攝像機(jī)，可以打破晝夜限制，識(shí)別夜間無法辨別的目標(biāo)，提高夜間工作的能力，目前已落地到安防、交通管理、環(huán)保監(jiān)測(cè)、夜景拍攝、戶外探險(xiǎn)等場(chǎng)景。
當(dāng)前，市場(chǎng)上夜視相機(jī)的極限光照度基本在0.01Lux。
照度（Lux)，指單位面積上接收到的可見光的光通量，是衡量環(huán)境光的亮度單位。“最低照度”反映的是攝像機(jī)可以在多黑的環(huán)境下仍能看到物體。
然而，受到硬件發(fā)展的制約，視覺成像系統(tǒng)的成像效果已接近天花板。但在一些特定場(chǎng)景下，市場(chǎng)需求達(dá)到了0.001Lux及以下的星光級(jí)。
在未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，通過硬件實(shí)現(xiàn)最低光照度從0.1Lux到0.001lux的跳升，困難極大。
并且，隨著復(fù)雜場(chǎng)景和圖像處理要求的提高，傳統(tǒng)ISP在暗光條件下的降噪、對(duì)比度增強(qiáng)和暗光提亮方面的局限性，已經(jīng)越來越明顯。
2018年，英特爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文《Learning to see in the dark》，提供了一條新的路徑，其通過深度學(xué)習(xí)算法打造全新AI-ISP成像體系的思路，成為時(shí)下提升光照度的主流。
在AI-ISP技術(shù)出現(xiàn)前，夜視領(lǐng)域的玩家們更多在硬件上想辦法，實(shí)現(xiàn)更低的照度。
索尼是感光芯片領(lǐng)域的最強(qiáng)玩家，上世紀(jì)90年代便已進(jìn)入低照度全彩夜視領(lǐng)域，并且是背照式、堆棧式CMOS圖像傳感器的率先研發(fā)者。
索尼主要針對(duì)感光芯片進(jìn)行工藝上的改進(jìn)，核心思路是不斷減少電路所占的面積，同時(shí)增加感光芯片的感光面積。硬件上，索尼做出不少努力，比如推出全畫幅感光芯片。
但即便是索尼，將低照度感光芯片的光照感知能力 0. 14 Lux 提升到 0. 07 Lux，也花費(fèi)了五年時(shí)間。使用的最高端的全畫幅感光芯片，售價(jià)高達(dá)上萬塊錢。
材料學(xué)及制造工藝難以突破，硬件制約下的視覺成像系統(tǒng)，成像效果已接近天花板。
短期內(nèi)，通過硬件提升光照度，難度顯而易見，在軟件上進(jìn)行探索，則能打開局面。
2018年，英特爾實(shí)驗(yàn)室針對(duì)這一世界級(jí)難題，提出可以通過整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ISP的全部功能。
ISP（圖像處理芯片）類似人腦的視覺處理中樞，當(dāng)我們想要看到這個(gè)世界的時(shí)候，大腦中幾百億個(gè)神經(jīng)元鏈接就會(huì)開始工作。AI-ISP相當(dāng)于將人類復(fù)雜的視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在攝像機(jī)中實(shí)現(xiàn)，為攝像機(jī)提供一個(gè)新的大腦。
ISP作為一系列圖像處理算法的集合，負(fù)責(zé)完成從sensor RAW到圖像RGB數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，過程包括各種矯正、去噪、轉(zhuǎn)換和增強(qiáng)等環(huán)節(jié)。
然而，隨著復(fù)雜場(chǎng)景越來越多，圖像處理要求越來越高，傳統(tǒng)ISP在暗光條件下的降噪、對(duì)比度增強(qiáng)和暗光提亮方面，局限性越來越明顯。
由于傳統(tǒng)ISP通常采用硬件實(shí)現(xiàn)，不斷擴(kuò)充的參數(shù)庫，帶來調(diào)試上的困難，整體開發(fā)周期逐步拉長(zhǎng)。
而以AI技術(shù)為輔助，通過深度學(xué)習(xí)海量場(chǎng)景和數(shù)據(jù)，輸出算法模型，對(duì)圖像進(jìn)行精準(zhǔn)處理，則可以在某些場(chǎng)景大幅改善傳統(tǒng)ISP的成像效果。
得到端側(cè)大算力的支持后，這種全新的ISP成像體系，突破了傳統(tǒng)ISP圖像處理體系的硬件限制。
作為解決低照度下實(shí)時(shí)全彩夜視這一難題的一劑良方，AI-ISP的技術(shù)成果，已經(jīng)落地到了安防、礦井、石油、自動(dòng)駕駛、無人機(jī)等場(chǎng)景。
目前，國外的索尼、豪威、安霸，國內(nèi)的海康、大華、華為等都是該領(lǐng)域的重要玩家。
除了上述大廠，也有一些創(chuàng)業(yè)公司參與其中，比如深知未來、京德致遠(yuǎn)、影石等。
在深知未來創(chuàng)始人&CEO張齊寧看來，“AI夜視技術(shù)是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全彩夜視的技術(shù)路徑”。
目前，深知未來基于其AI-ISP全彩夜視技術(shù)，已發(fā)布一系列產(chǎn)品，包括無人機(jī)載荷S2 PRO和S6，手持夜視單筒鏡等。
這些產(chǎn)品突破了傳統(tǒng)夜視技術(shù)的局限，具有全彩實(shí)時(shí)成像、高分辨率、不懼強(qiáng)光、成本低、場(chǎng)景適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)。
最開始，深知未來按照英特爾的思路，用一個(gè)端到端的一體化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ISP。
然而，團(tuán)隊(duì)很快發(fā)現(xiàn)，英特爾的思路雖然可行，但終歸只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中的技術(shù)，很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
原因在于，這一技術(shù)需要巨大的算力支持，成本頗高。即使以當(dāng)下的算力平臺(tái)，要支持這樣一個(gè)端到端的一體化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也仍是一件難事。
經(jīng)過半年探索，深知未來發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)橫亙?cè)谏虡I(yè)化途中的問題。
其一，用一體化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ISP時(shí)，很難對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。
由于不同產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)圖像的要求不一，因此芯片廠商基本都會(huì)預(yù)留大量參數(shù)，以供產(chǎn)品廠商再做調(diào)整，調(diào)試出具備自身風(fēng)格的圖像。
然而，對(duì)于使用ISP芯片的廠商們來說，想要對(duì)一整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，為此專門另招專業(yè)的算法工程師并不切合實(shí)際，此外也根本沒有數(shù)據(jù)對(duì)圖像風(fēng)格進(jìn)行調(diào)整。
其二，通過整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)ISP的全部功能，難度太大且不必要。
“事實(shí)上，只需做跟圖像質(zhì)量相關(guān)的關(guān)鍵ISP環(huán)節(jié)，如降噪、HDR、3A等 AI 化，就能立刻提升圖像質(zhì)量，而不必對(duì)整個(gè)ISP進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化。”張齊寧對(duì)雷峰網(wǎng)表示。
截止目前，大多數(shù)業(yè)界針對(duì)AI-ISP的研究，都只將少數(shù)模塊AI化，“大多數(shù)芯片廠商只處理其中的一部分任務(wù)，仍然留很多參數(shù)，讓下游產(chǎn)品廠商做調(diào)整。”
深知未來于是轉(zhuǎn)換思路，拋棄高成本的整體路線，轉(zhuǎn)而針對(duì)關(guān)鍵ISP環(huán)節(jié)進(jìn)行AI化，并將自己的夜視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)命名為“EODNet”（end of dark）。
2019年，安霸公司提出“AI-ISP”概念，用以描述這種全新的ISP成像體系。
自安霸提出AI-ISP概念后，業(yè)界都將自己的相關(guān)技術(shù)定義為AI-ISP，并提出各不相同的理解。在當(dāng)時(shí)，連AI人臉識(shí)別這一更上層的應(yīng)用，也被納入AI-ISP領(lǐng)域。
經(jīng)過幾年的探索，業(yè)界對(duì)于AI-ISP的理解漸漸趨于一致。
張齊寧對(duì)雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))解釋道：“AI-ISP的定義，是完成從感光芯片到成像過程的一整個(gè)算法集合體，包含20-30個(gè)算法。凡解決的問題與這20-30個(gè)成像任務(wù)相關(guān)，如降噪、銳化、HDR等，那么就可以被認(rèn)為是在解決AI-ISP的問題。”
業(yè)界主要玩家中，索尼的重心主要在低照度的底層技術(shù)研究上，前期更多探索如何通過硬件實(shí)現(xiàn)最低照度；國內(nèi)在夜視應(yīng)用領(lǐng)域長(zhǎng)期布局的海康、大華，重心則在使用更好的光學(xué)鏡頭與感光芯片，解決具體場(chǎng)景中的夜視難題。
“對(duì)比做AI-ISP的友商，深知未來對(duì)整個(gè)AI-ISP體系研究涵蓋的范圍和深度是最大的。有的廠商在20-30個(gè)算法中，只關(guān)注了2-4個(gè)領(lǐng)域，深知未來關(guān)注了7-8個(gè)成像領(lǐng)域。其中3A、超分等技術(shù)，很多AI-ISP廠商還沒有開始涉及，而深知未來已經(jīng)做了很多年研究。”張齊寧介紹道。
如今，低照度全彩夜視成像，已在G端、B端和C端市場(chǎng)形成多樣分支。
比如，在公安領(lǐng)域，低照度全彩夜視成像的攝像機(jī)被用于刑偵場(chǎng)景。
數(shù)據(jù)顯示，80%的重大刑事案件發(fā)生在夜間，這給刑偵帶來了很大困難，傳統(tǒng)AI視覺攝像頭很難解決黑夜場(chǎng)景下成像模糊乃至缺失的痛點(diǎn)。
全彩夜視攝像機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，即使在極低照度、肉眼無法看清、無補(bǔ)光的夜間環(huán)境下，仍能以較低的成本，提供實(shí)時(shí)彩色清晰的圖像。
此外，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的夜間行駛，工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域的復(fù)雜光線場(chǎng)景，基于AI-ISP的低照度全彩夜視成像，都能極大改善圖像質(zhì)量。
根據(jù)客戶屬性的不同，深知未來提供差異化產(chǎn)品，以滿足客戶需求。
面對(duì)B端市場(chǎng)，深知未來的定位是一家技術(shù)公司。
深知未來在B端市場(chǎng)，類似一個(gè)單點(diǎn)技術(shù)服務(wù)商，以為合作伙伴競(jìng)標(biāo)提供更有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的前端產(chǎn)品為主。
“B端選擇深知未來，更多的是對(duì)方自己有成熟的解決方案，需要一些讓客戶更感興趣的點(diǎn)，避免同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)。”
深知未來在B端的產(chǎn)品形態(tài)，主要分為兩種：整機(jī)產(chǎn)品和機(jī)芯。
工業(yè)無人機(jī)是深知未來最先商業(yè)化的領(lǐng)域，主要提供完整的產(chǎn)品形態(tài)。截止目前，深知未來一共發(fā)布了 4 款全彩夜視相機(jī)，可適配搭載于大疆的行業(yè)機(jī)。
其中，全彩夜視無人機(jī)載荷S2 PRO在S2的基礎(chǔ)上，著重解決夜間作業(yè)的關(guān)鍵痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的視距與更精準(zhǔn)的定位。
安防領(lǐng)域，深知未來主要提供夜視機(jī)芯，合作伙伴基于深知未來的機(jī)芯，已經(jīng)開發(fā)出10款不同的安防產(chǎn)品。
面對(duì)C端市場(chǎng)，深知未來的定位是一家產(chǎn)品公司。
C端客戶需求相對(duì)簡(jiǎn)單，更注重新奇的體驗(yàn)。
深知未來在C端主要推出完整產(chǎn)品，如今年推出的兩款便攜式夜視設(shè)備，單反式的夜視設(shè)備P6，以類似單筒望遠(yuǎn)鏡形態(tài)的P8 Pro。
P6和P8 Pro是兩款從行業(yè)到戶外的產(chǎn)品。
行業(yè)端，應(yīng)急救援、公安偵查、邊防巡檢等場(chǎng)景對(duì)便攜手持夜視設(shè)備有著長(zhǎng)期的更新需求。
消費(fèi)端，歐美地區(qū)戶外文化成熟，徒步露營(yíng)、打獵觀鳥等場(chǎng)景，對(duì)便攜手持夜視設(shè)備的需求同樣必不可少。
當(dāng)下，夜間全彩成像，需求缺口巨大。北美地區(qū)，用戶對(duì)戶外精準(zhǔn)夜視的需求幾近剛需，但市面上主流的熱成像夜視儀和紅外補(bǔ)光夜視儀，多為黑白成像或弱彩，存在目標(biāo)細(xì)節(jié)特征不明顯等缺點(diǎn)。
除了便攜式設(shè)備向消費(fèi)端的傾斜，深知未來也計(jì)劃將工業(yè)無人機(jī)的整個(gè)模組和產(chǎn)品做得更加輕量級(jí)，在未來搭載到消費(fèi)無人機(jī)上。
在夜間實(shí)時(shí)全彩成像這一難題上，AI-ISP技術(shù)已被證實(shí)取得了突破性的進(jìn)展，但其商業(yè)化之路，經(jīng)歷了不斷的調(diào)整和適配。
自2010年的計(jì)算革命開始，AI視覺成像成為一股浪潮。但是夜間在極低照度下，如何在多個(gè)行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景里實(shí)現(xiàn)全彩成像，仍然是一個(gè)需要不斷突破的命題。
當(dāng)下，入局AI-ISP的玩家眾多，不僅有海康、大華等安防巨頭，還有OPPO、vivo 等手機(jī)大廠，芯片端海思、地平線、瑞芯微、安霸、豪威、國芯微等也都有所涉及。投身于其中的巨頭們，雖有技術(shù)、品牌、渠道優(yōu)勢(shì)，但整個(gè)賽道仍處于早期發(fā)展階段。
創(chuàng)業(yè)公司們通過不同的技術(shù)路線進(jìn)行差異化布局，仍然可以在眾多細(xì)分領(lǐng)域中找到屬于自己的位置。
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