為什么傳統(tǒng)夜視在極暗環(huán)境下變黑白導(dǎo)讀很多人注意到夜視畫面往往是綠色或黑白的。為什么不是彩色的今天從物理原理講清楚這個(gè)問題以及行業(yè)正在如何突破。先說結(jié)論傳統(tǒng)夜視技術(shù)在極暗環(huán)境下輸出黑白或綠色畫面不是因?yàn)樵O(shè)計(jì)選擇而是因?yàn)槲锢硐拗?。色彩信息需要的光子?shù)量比亮度信息多得多。當(dāng)光照低于某個(gè)閾值時(shí)色彩信號(hào)太弱被噪聲淹沒系統(tǒng)只能輸出單色畫面來保留能看到東西的基本能力。從光子到像素圖像是怎么形成的要理解這個(gè)問題我們需要從最基本的物理過程說起第一步光子到達(dá)傳感器光線本質(zhì)上是光子流。物體反射或發(fā)射的光子打到圖像傳感器CMOS 或 CCD上。第二步光電轉(zhuǎn)換傳感器上的每個(gè)像素都是一個(gè)光阱——光子打進(jìn)來產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)量的電子。這叫光電效應(yīng)。光子越多產(chǎn)生的電子越多信號(hào)越強(qiáng)。第三步信號(hào)讀取這些電子被收集、放大、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)最終形成圖像。問題出在哪里亮度 vs 色彩的信號(hào)差異這里有一個(gè)關(guān)鍵的物理事實(shí)亮度信號(hào)Luminance只需要知道總共有多少光子所有波長的光子都算數(shù)色彩信號(hào)Chrominance需要區(qū)分不同波長的光子各有多少打個(gè)比方想象你站在雨中手里有兩個(gè)桶。亮度桶收集所有雨水看總共接了多少——這很簡單色彩桶要把雨水按溫度分成冷水和熱水——這需要更精細(xì)的測(cè)量誤差也更大在光照充足時(shí)雨水很多兩種測(cè)量都很準(zhǔn)確。但在極暗環(huán)境下雨水極少亮度桶還能接到一點(diǎn)水大致知道有多少色彩桶接到的水太少分不出冷暖了——色彩信息丟失傳統(tǒng)解決方案的局限面對(duì)這個(gè)問題行業(yè)有幾種傳統(tǒng)處理方式方案 1增加增益ISO把信號(hào)放大但噪聲也跟著放大。畫面變亮了但噪點(diǎn)也多了色彩依然不可靠。方案 2延長曝光時(shí)間讓傳感器收集更多光子。但運(yùn)動(dòng)物體會(huì)模糊實(shí)時(shí)視頻場(chǎng)景不適用。方案 3放棄色彩輸出單色既然色彩信號(hào)不可靠干脆只保留亮度信息。這就是為什么傳統(tǒng)夜視畫面是黑白或綠色的。綠色畫面是微光像增強(qiáng)管Image Intensifier的特征——磷光屏把電子轉(zhuǎn)換為綠色熒光。黑白畫面是數(shù)字夜視的常見做法——去掉色彩濾波器Bayer Filter讓所有像素都收集全波段光子提高靈敏度但喪失色彩。方案 4主動(dòng)補(bǔ)光用紅外 LED 或白光 LED 照射場(chǎng)景。但這就不是被動(dòng)夜視了而且主動(dòng)照明可能暴露位置軍事場(chǎng)景、驚擾動(dòng)物生態(tài)場(chǎng)景、或在某些場(chǎng)景不允許使用如易燃易爆環(huán)境。行業(yè)正在如何突破實(shí)現(xiàn)極暗環(huán)境下的全彩色夜視需要從三個(gè)層面協(xié)同優(yōu)化1. 探測(cè)器層面提高單像素集光能力增大像素尺寸如從 2μm 增加到 13μm提高量子效率更多光子轉(zhuǎn)化為電子降低暗電流減少熱噪聲干擾2. 電路層面極低噪聲信號(hào)鏈低噪聲模擬前端設(shè)計(jì)高精度 ADC優(yōu)化的電源管理減少電源噪聲耦合3. 算法層面AI 驅(qū)動(dòng)的信號(hào)恢復(fù)這是近年來最重要的突破方向。傳統(tǒng)降噪算法如時(shí)域?yàn)V波、空域?yàn)V波會(huì)在去噪的同時(shí)模糊細(xì)節(jié)。基于深度學(xué)習(xí)的 AI ISP 可以學(xué)習(xí)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征在極低信噪比下恢復(fù)出真實(shí)信號(hào)重建色彩信息即使原始信號(hào)中色彩被噪聲淹沒AetoSight 夜視機(jī)芯搭載的 PixelClean AI ISP就是基于這個(gè)思路。全彩夜視的應(yīng)用價(jià)值為什么全彩色這么重要因?yàn)樵诤芏鄨?chǎng)景下顏色是關(guān)鍵信息場(chǎng)景黑白畫面的局限全彩畫面的價(jià)值安防取證看不清嫌疑人衣服顏色能識(shí)別衣服顏色輔助身份識(shí)別交通監(jiān)控?zé)o法區(qū)分紅綠燈狀態(tài)能準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào)燈顏色工業(yè)巡檢看不清設(shè)備銹蝕程度能通過顏色判斷銹蝕嚴(yán)重性生態(tài)觀察無法區(qū)分動(dòng)物種類能通過羽毛/皮毛顏色識(shí)別物種軍事偵察態(tài)勢(shì)感知缺少色彩信息完整的環(huán)境感知能力寫在最后夜視變黑白不是設(shè)計(jì)選擇是物理限制下的妥協(xié)。隨著探測(cè)器技術(shù)、低噪聲電路和 AI 算法的進(jìn)步這個(gè)限制正在被突破。全彩夜視不是遙遠(yuǎn)的未來——它已經(jīng)在發(fā)生。