Persian
طراحی برای مصرف کم: ماژول‌های دوربین فوق‌العاده کارآمد برای پوشیدنی‌ها
ساخته شده در 08.07
بازار جهانی دستگاه‌های پوشیدنی در مسیر رشد نمایی قرار دارد. پیش‌بینی می‌شود که این بازار از 70.30 میلیارد دلار در سال 2024 به 152.82 میلیارد دلار شگفت‌انگیز تا سال 2029 افزایش یابد و نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) 16.8% را در این دوره پیش‌بینی ثبت کند. ساعت‌های هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام و عینک‌های واقعیت افزوده دیگر نوآوری نیستند بلکه برای میلیون‌ها نفر ضروریات روزمره شده‌اند. با گسترش عملکرد، دوربین‌های یکپارچه به یک ویژگی ضروری در این دستگاه‌ها تبدیل شده‌اند. از آن‌ها برای کاربردهای متنوعی استفاده می‌شود، از عکاسی ساده و تماس‌های ویدیویی تا حسگرهای بیومتریک پیشرفته، مانند اسکن عنبیه برای افزایش امنیت. با این حال، یک مانع عمده وجود دارد: ظرفیت محدود باتری در دستگاه‌های پوشیدنی. سنتیماژول‌های دوربینبه عنوان مصرف‌کننده‌های معروف انرژی، انرژی زیادی مصرف می‌کنند که با باتری‌های کوچک و فشرده‌ای که دستگاه‌های پوشیدنی امروزی را تغذیه می‌کنند، سازگار نیست.
در این راهنمای عمیق، ما به بررسی دنیای پیشرفته طراحی ماژول‌های دوربین فوق‌العاده کارآمد و کم‌مصرف که برای دستگاه‌های پوشیدنی طراحی شده‌اند، خواهیم پرداخت. ما به آخرین نوآوری‌های فناوری، عوامل طراحی حیاتی و کاربردهای واقعی که در حال انقلاب در فضای فناوری پوشیدنی هستند، نگاهی خواهیم انداخت.
چرا ماژول‌های دوربین کم‌مصرف برای پوشیدنی‌ها اهمیت دارند
دستگاه‌های پوشیدنی تحت مجموعه‌ای منحصر به فرد از محدودیت‌ها عمل می‌کنند که باعث می‌شود کارایی انرژی یک ضرورت مطلق باشد. در اینجا دلیل اهمیت طراحی دوربین‌های کم‌مصرف آورده شده است:
• عمر باتری: کاربران پوشیدنی انتظار دارند که دستگاه‌ها در طول روز یا حتی چند روز با یک بار شارژ کار کنند. یک دوربین پرمصرف می‌تواند عمر باتری را به طور قابل توجهی کاهش دهد، گاهی اوقات به اندازه 30 تا 50 درصد. این نه تنها منجر به نارضایتی کاربران و نظرات منفی می‌شود بلکه باعث کاهش پذیرش محصول نیز می‌گردد. به عنوان مثال، در یک مطالعه اخیر، 70 درصد از کاربران ساعت‌های هوشمند اعلام کردند که اگر باتری نتواند حداقل یک روز کامل دوام بیاورد، استفاده از دستگاه را متوقف خواهند کرد.
• شکل ظاهری: مصرف‌کنندگان مدرن خواستار پوشیدنی‌های باریک و سبک هستند که برای مدت طولانی راحت باشند. ماژول‌های دوربین حجیم با نیازهای قدرت بالا نه تنها زیبایی دستگاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند بلکه راحتی آن را نیز کاهش می‌دهند. در واقع، 85% از مصرف‌کنندگانی که مورد بررسی قرار گرفتند گفتند که پوشیدنی‌هایی را ترجیح می‌دهند که ضخامت آن‌ها کمتر از 10 میلی‌متر باشد.
• مدیریت حرارت: دستگاه‌هایی که نزدیک به پوست پوشیده می‌شوند، مانند ساعت‌های هوشمند یا ردیاب‌های تناسب اندام، باید از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کنند. دوربین‌هایی که جریان زیادی مصرف می‌کنند، گرما تولید می‌کنند که می‌تواند باعث ناراحتی و حتی مشکلات ایمنی بالقوه شود. گرم شدن بیش از حد به عنوان یکی از سه دلیل اصلی بازگشت محصولات در دستگاه‌های پوشیدنی با دوربین گزارش شده است.
برای تولیدکنندگان پوشیدنی، بهینه‌سازی مصرف انرژی دوربین یک عامل تعیین‌کننده برای موفقیت محصول در بازاری است که به طور فزاینده‌ای رقابتی می‌شود.
فناوری‌های کلیدی برای ماژول‌های دوربین پوشیدنی کم‌مصرف
توسعه ماژول‌های دوربین با مصرف انرژی بهینه برای دستگاه‌های پوشیدنی نیازمند نوآوری در هر دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار است. در اینجا مؤثرترین استراتژی‌هایی که به کار گرفته می‌شوند آورده شده است:
1. حسگرهای تصویر پیشرفته با مصرف انرژی پایین
حسگر تصویر در قلب هر ماژول دوربین قرار دارد و انتخاب حسگر مناسب اولین گام حیاتی برای دستیابی به کارایی است. تولیدکنندگان پیشرو اکنون حسگرهایی را به طور خاص برای دستگاه‌های پوشیدنی تولید می‌کنند که دارای ویژگی‌های زیر هستند:
• فناوری نورپردازی پشتی (BSI): حسگرهای BSI بازی را با بهبود حساسیت به نور به میزان قابل توجه 40٪ نسبت به حسگرهای سنتی با نورپردازی جلو متحول کرده‌اند. این بهبود امکان زمان‌های کوتاه‌تر نوردهی و ولتاژهای عملیاتی پایین‌تر را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، جدیدترین حسگرهای BSI در دوربین‌های ساعت‌های هوشمند می‌توانند تصاویر با کیفیت بالا را در شرایط نور کم با زمان نوردهی که 30٪ کوتاه‌تر از نسل‌های قبلی است، ثبت کنند.
• بسته‌بندی پیکسل: این تکنیک داده‌های پیکسل‌های مجاور را ترکیب می‌کند تا تصاویر روشن‌تری را در محیط‌های کم‌نور ثبت کند. با این کار، نیاز به الگوریتم‌های روشن‌سازی تصویر که انرژی زیادی مصرف می‌کنند، کاهش می‌یابد. برخی حسگرهای کم‌مصرف که از بسته‌بندی پیکسل استفاده می‌کنند، می‌توانند تا ۲ برابر بهبود در عملکرد در شرایط کم‌نور بدون افزایش مصرف انرژی دست یابند.
• حالت‌های قدرت تطبیقی: این حسگرها به اندازه کافی هوشمند هستند که بر اساس استفاده، بین حالت‌های فعال، آماده به کار و خواب سوئیچ کنند. به عنوان مثال، دوربین ساعت هوشمند ممکن است در حالت خواب باقی بماند و تنها مقدار کمی از انرژی (کمتر از 10μA) مصرف کند، تا زمانی که با یک فرمان صوتی یا یک حرکت خاص فعال شود. پس از فعال شدن، به سرعت به حالت فعال سوئیچ می‌کند و در حین ضبط تصویر حدود 5mA مصرف می‌کند.
این حسگرهای پیشرفته معمولاً کمتر از 5mA در حین ضبط فعال مصرف می‌کنند که تا 70% کمتر از مصرف انرژی حسگرهای دوربین گوشی‌های هوشمند است.
2. سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی
حتی کارآمدترین حسگر به یک سیستم مدیریت هوشمند انرژی نیاز دارد تا واقعاً عمر باتری را به حداکثر برساند. ماژول‌های دوربین قابل پوشیدن از تکنیک‌های زیر استفاده می‌کنند:
• مقیاس‌گذاری ولتاژ و فرکانس دینامیک (DVFS): این فناوری ولتاژ عملیاتی و سرعت پردازش ماژول دوربین را بر اساس پیچیدگی وظیفه در دست تنظیم می‌کند. به عنوان مثال، در حالت پیش‌نمایش ساده، ماژول می‌تواند با ولتاژ و فرکانس پایین‌تری کار کند و تا 50% کمتر از حالت ضبط ویدیو با وضوح بالا انرژی مصرف کند.
• عملکرد حالت انفجاری: به جای کار کردن مداوم، دوربین تنها برای مدت زمان کوتاهی، معمولاً ۱ - ۲ ثانیه، هنگام ضبط تصاویر یا ویدئو فعال می‌شود. این به طور قابل توجهی زمان "فعال" را کاهش می‌دهد که بزرگترین عامل در مصرف انرژی است. در برخی از پوشیدنی‌های ردیابی تناسب اندام، عملکرد حالت انفجاری زمان قابل استفاده دوربین را از ۲ ساعت به بیش از ۶ ساعت در یک بار شارژ افزایش داده است.
• قدرت گیتینگ: این روش اجزای غیرقابل استفاده، مانند موتورها یا کنترلرهای فلاش خودکار، را زمانی که در حال استفاده نیستند خاموش می‌کند. با حذف هدر رفت انرژی در حالت آماده به کار، قدرت گیتینگ می‌تواند مصرف کلی انرژی را ۱۰ - ۲۰٪ کاهش دهد.
3. محاسبات لبه برای پردازش تصویر
دوربین‌های سنتی به شدت به پردازنده اصلی دستگاه برای پردازش تصویر وابسته هستند، که کل سیستم را فعال و مصرف انرژی می‌کند. دوربین‌های پوشیدنی کم‌مصرف این چالش را با:
• پردازنده‌های سیگنال تصویر یکپارچه (ISPs): ISPs کوچک و اختصاصی درون ماژول دوربین وظایفی مانند کاهش نویز، تنظیم خودکار نور و تصحیح رنگ را به‌صورت محلی انجام می‌دهند. این کار بار کاری روی CPU اصلی را تا 60% کاهش می‌دهد و منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف انرژی می‌شود. در عینک‌های AR صنعتی، ISPs یکپارچه به دوربین این امکان را داده‌اند که برای شیفت‌های 8 ساعته با یک بار شارژ کار کند.
• بهینه‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی: الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی شرایط صحنه، مانند نورپردازی داخلی در مقابل نورپردازی خارجی، استفاده می‌شوند و تنظیمات دوربین را قبل از ثبت تصویر تنظیم می‌کنند. این امر زمان و مصرف انرژی پس‌پردازش را کاهش می‌دهد. برخی دوربین‌های بهینه‌شده با هوش مصنوعی می‌توانند زمان پردازش را تا ۳۰٪ کاهش دهند که منجر به کاهش مصرف برق می‌شود.
4. اپتیک و مکانیک مینیاتوری شده
اندازه و وزن اجزای دوربین به طور مستقیم بر مصرف انرژی تأثیر می‌گذارد. در اینجا برخی از نوآوری‌های نوری آورده شده است:
• ثابت - لنزهای فوکوس: ایده آل برای بیشتر موارد استفاده قابل حمل، مانند بیومتریک‌های نزدیک یا اسکن کد QR، لنزهای فوکوس ثابت نیاز به سیستم‌های فوکوس موتوری پرمصرف را از بین می‌برند. این می‌تواند مصرف انرژی مربوط به فوکوس را تا 80% کاهش دهد.
• لنزهای پلاستیکی با شاخص بالا: این لنزها تقریباً 30% سبک‌تر از لنزهای شیشه‌ای سنتی هستند. کاهش وزن آن‌ها به این معنی است که انرژی کمتری برای تثبیت در وسایل پوشیدنی متحرک، مانند ردیاب‌های تناسب اندام، مورد نیاز است. به عنوان مثال، یک ردیاب تناسب اندام با لنزهای پلاستیکی با شاخص بالا می‌تواند به مدت 30 دقیقه بیشتر با یک بار شارژ نسبت به یکی با لنزهای شیشه‌ای کار کند.
• اپتیک‌های سطح ویفر: آرایه‌های لنز میکروسکوپی با استفاده از تکنیک‌های نیمه‌رسانا تولید می‌شوند که طراحی‌های فوق‌فشرده با حداقل نیاز به انرژی را امکان‌پذیر می‌سازد. اپتیک‌های سطح ویفر می‌توانند اندازه کلی ماژول دوربین را تا ۴۰٪ کاهش دهند در حالی که عملکرد نوری بالا را حفظ می‌کنند.
برترین کاربردهای ماژول‌های دوربین کم‌مصرف در پوشیدنی‌ها
فناوری دوربین کارآمد در حال باز کردن موارد استفاده جدید و هیجان‌انگیز برای پوشیدنی‌ها در صنایع مختلف است:
• بهداشت و درمان: ساعت‌های هوشمند مجهز به دوربین‌های کم‌مصرف اکنون برای نظارت بر شرایط پوستی، تشخیص زردی در نوزادان یا تحلیل الگوهای شبکیه برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها استفاده می‌شوند. این برنامه‌ها می‌توانند به مدت چند روز بدون نیاز به شارژ روزانه اجرا شوند. در یک آزمایش بالینی اخیر، دوربین‌های ساعت‌های هوشمند توانستند به‌طور دقیق 85% از موارد سرطان پوست در مراحل اولیه را تشخیص دهند.
• تناسب اندام و ورزش: دوربین‌های قابل پوشیدن در ساعت‌های دویدن یا عینک‌های دوچرخه‌سواری می‌توانند با استفاده از حالت عکاسی پی‌درپی، فیلم‌های تمرینی را ضبط کنند و عمر باتری را به بیش از 12 ساعت استفاده مداوم افزایش دهند. ورزشکاران اکنون می‌توانند تمام جلسات تمرینی خود را بدون نگرانی از خالی شدن باتری ضبط کنند. به عنوان مثال، یک دوچرخه‌سوار می‌تواند از یک دوربین قابل پوشیدن برای ضبط یک دوچرخه‌سواری 100 مایلی استفاده کند بدون اینکه باتری در میانه راه تمام شود.
• واقعیت افزوده صنعتی: عینک‌های واقعیت افزوده برای کارگران انبار از دوربین‌های کم‌مصرف برای اسکن بارکدها و مستند کردن موجودی استفاده می‌کنند و می‌توانند به مدت ۸ ساعت کامل در یک بار شارژ کار کنند. این امر باعث افزایش ۲۰ درصدی بهره‌وری در انبارها شده است زیرا کارگران دیگر نیازی به توقف و شارژ دستگاه‌های خود در طول روز کاری ندارند.
• مراقبت از سالمندان: آویزهای قابل پوشیدن با دوربین‌ها امکان چک‌این ویدیویی با مراقبان را فراهم می‌کنند و با استفاده از حداقل انرژی، زمان آماده به کار بیش از ۷ روز را تضمین می‌کنند. این موضوع آرامش خاطر را برای سالمندان و خانواده‌هایشان فراهم می‌کند، زیرا می‌دانند در صورت بروز اضطراری به راحتی قابل دسترسی هستند.
روندهای آینده در دوربین‌های پوشیدنی کم‌مصرف
نسل بعدی ماژول‌های دوربین قابل پوشیدن قرار است با این فناوری‌های نوظهور، مرزهای کارایی را حتی بیشتر پیش ببرد:
• حسگرهای پروفسکیت: این حسگرهای نسل بعدی حساسیت نوری ۲ برابر بهتر از سیلیکون با نیمی از قدرت ارائه می‌دهند. کارشناسان صنعت پیش‌بینی می‌کنند که حسگرهای پروفسکیت ممکن است از سال ۲۰۲۶ در محصولات تجاری ظاهر شوند. پذیرش آن‌ها می‌تواند به طور بالقوه عمر باتری دوربین‌های قابل پوشیدن را دو برابر کند.
• جمع‌آوری انرژی: دوربین‌های آینده ممکن است قادر به تبدیل نور محیط یا گرمای بدن به برق باشند و به طور قابل توجهی عمر باتری را برای عملکردهای حیاتی افزایش دهند. برخی از نمونه‌های اولیه در حال حاضر نتایج امیدوارکننده‌ای را نشان می‌دهند و قادر به جمع‌آوری انرژی کافی از گرمای بدن برای تأمین انرژی دوربین در مدت زمان کوتاه هستند.
• صفر - بیدار شدن با قدرت - دوربین‌ها تنها با تحریکات بصری خاص، مانند حرکات دست، فعال می‌شوند و از الگوریتم‌های شناسایی تصویر با مصرف انرژی بسیار کم استفاده می‌کنند. این می‌تواند مصرف انرژی در حالت آماده به کار را به نزدیک صفر کاهش دهد و کارایی کلی دوربین‌های پوشیدنی را بیشتر افزایش دهد.
نتیجه‌گیری: سرمایه‌گذاری در فناوری دوربین کم‌مصرف
برای تولیدکنندگان پوشیدنی، اولویت دادن به طراحی دوربین کم‌مصرف دیگر یک گزینه نیست؛ این یک ضرورت مطلق برای برآورده کردن انتظارات مصرف‌کنندگان است. با استفاده از حسگرهای پیشرفته، مدیریت هوشمند انرژی، محاسبات لبه و اپتیک‌های مینیاتوری، شرکت‌ها می‌توانند دستگاه‌هایی ایجاد کنند که هم عملکرد بالا و هم عمر باتری تمام روز را ارائه دهند.
با ادامه گسترش بازار پوشیدنی‌ها، با پیش‌بینی رشد 18.1% CAGR بین سال‌های 2024 تا 2029 طبق گزارش Technavio، تقاضا برای ماژول‌های دوربین فوق‌العاده کارآمد تنها افزایش خواهد یافت. پذیرندگان اولیه این فناوری‌ها مزیت رقابتی قابل توجهی کسب خواهند کرد و محصولاتی را ارائه خواهند داد که در یک بازار شلوغ متمایز هستند.
تماس
اطلاعات خود را وارد کنید و ما با شما تماس خواهیم گرفت.
WhatsApp
WeChat