Tiếng Việt
Thiết kế cho Năng Lượng Thấp: Các Mô-đun Camera Siêu Hiệu Quả cho Thiết Bị Đeo
Tạo vào 08.07
Thị trường thiết bị đeo toàn cầu đang trên đà tăng trưởng theo cấp số nhân. Dự kiến sẽ tăng từ 70,30 tỷ USD vào năm 2024 lên tới 152,82 tỷ USD vào năm 2029, ghi nhận tỷ lệ tăng trưởng hàng năm kép (CAGR) là 16,8% trong giai đoạn dự báo này. Đồng hồ thông minh, thiết bị theo dõi sức khỏe và kính AR không còn là những món đồ mới lạ mà đã trở thành những vật dụng thiết yếu hàng ngày cho hàng triệu người. Khi chức năng mở rộng, camera tích hợp đã trở thành một tính năng cần thiết trong những thiết bị này. Chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ chụp ảnh đơn giản và gọi video đến cảm biến sinh trắc học tinh vi, chẳng hạn như quét mống mắt để tăng cường an ninh. Tuy nhiên, một rào cản lớn vẫn tồn tại: dung lượng pin hạn chế trong các thiết bị đeo. Truyền thốngmô-đun cameralà những kẻ tiêu tốn năng lượng khét tiếng, tiêu thụ năng lượng quá mức không tương thích với các pin nhỏ gọn cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo thời trang ngày nay.
Trong hướng dẫn chi tiết này, chúng ta sẽ khám phá thế giới tiên tiến của việc thiết kế các mô-đun camera siêu hiệu quả, tiêu thụ điện năng thấp được thiết kế cho các thiết bị đeo. Chúng ta sẽ xem xét những đổi mới công nghệ mới nhất, các yếu tố thiết kế quan trọng và các ứng dụng thực tế đang cách mạng hóa không gian công nghệ đeo.
Tại sao các mô-đun camera tiêu thụ điện năng thấp lại quan trọng cho thiết bị đeo được
Các thiết bị đeo được hoạt động dưới một tập hợp các ràng buộc độc đáo khiến hiệu quả năng lượng trở thành một điều cần thiết tuyệt đối. Đây là lý do tại sao việc thiết kế camera tiêu thụ điện năng thấp lại rất quan trọng:
• Thời gian sử dụng pin: Người dùng thiết bị đeo đã mong đợi hoạt động cả ngày hoặc thậm chí nhiều ngày trên một lần sạc. Một camera tiêu tốn năng lượng có thể giảm đáng kể thời gian sử dụng pin, đôi khi lên đến 30 - 50%. Điều này không chỉ dẫn đến việc người dùng thất vọng để lại đánh giá tiêu cực mà còn dẫn đến việc giảm mức độ chấp nhận sản phẩm. Ví dụ, trong một nghiên cứu gần đây, 70% người dùng đồng hồ thông minh cho biết họ sẽ ngừng sử dụng thiết bị nếu pin không thể kéo dài ít nhất một ngày.
• Hình dạng: Người tiêu dùng hiện đại yêu cầu các thiết bị đeo mỏng, nhẹ và thoải mái khi sử dụng trong thời gian dài. Các mô-đun camera cồng kềnh với yêu cầu năng lượng cao không chỉ ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của thiết bị mà còn cả sự thoải mái của nó. Thực tế, 85% người tiêu dùng được khảo sát cho biết họ thích các thiết bị đeo có độ dày dưới 10mm.
• Quản lý nhiệt: Các thiết bị đeo gần da, như đồng hồ thông minh hoặc thiết bị theo dõi sức khỏe, phải tránh quá nhiệt. Các camera tiêu thụ dòng điện quá mức tạo ra nhiệt, có thể gây khó chịu và thậm chí là các vấn đề an toàn tiềm ẩn. Quá nhiệt đã được báo cáo là một trong ba lý do hàng đầu cho việc trả lại sản phẩm trong các thiết bị đeo có camera.
Đối với các nhà sản xuất thiết bị đeo, tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng của camera là yếu tố quyết định thành công của sản phẩm trong một thị trường ngày càng cạnh tranh.
Công nghệ chính cho các mô-đun camera đeo trên người tiết kiệm năng lượng
Phát triển các mô-đun camera tiết kiệm năng lượng cho thiết bị đeo đòi hỏi sự đổi mới cả về phần cứng và phần mềm. Dưới đây là những chiến lược hiệu quả nhất đang được áp dụng:
1. Cảm biến hình ảnh tiết kiệm năng lượng tiên tiến
Cảm biến hình ảnh nằm ở trung tâm của bất kỳ mô-đun camera nào, và việc chọn đúng cảm biến là bước quan trọng đầu tiên để đạt được hiệu quả. Các nhà sản xuất hàng đầu hiện đang sản xuất các cảm biến được thiết kế đặc biệt cho thiết bị đeo, với các tính năng sau:
• Công nghệ Chiếu sáng Mặt sau (BSI): Cảm biến BSI đã cách mạng hóa trò chơi bằng cách cải thiện độ nhạy sáng lên tới 40% so với các cảm biến chiếu sáng mặt trước truyền thống. Sự cải tiến này cho phép thời gian phơi sáng ngắn hơn và điện áp hoạt động thấp hơn. Chẳng hạn, các cảm biến BSI mới nhất trong camera đồng hồ thông minh có thể chụp ảnh chất lượng cao trong điều kiện ánh sáng yếu với thời gian phơi sáng ngắn hơn 30% so với các thế hệ trước.
• Pixel Binning: Kỹ thuật này kết hợp dữ liệu từ các pixel liền kề để ghi lại hình ảnh sáng hơn trong môi trường ánh sáng yếu. Bằng cách này, nó giảm thiểu nhu cầu sử dụng các thuật toán làm sáng hình ảnh tiêu tốn năng lượng. Một số cảm biến tiêu thụ điện năng thấp sử dụng pixel binning có thể đạt được cải thiện lên đến 2x trong hiệu suất ánh sáng yếu mà không làm tăng mức tiêu thụ điện năng.
• Chế độ nguồn thích ứng: Các cảm biến này đủ thông minh để chuyển đổi giữa chế độ hoạt động, chế độ chờ và chế độ ngủ dựa trên mức sử dụng. Ví dụ, một camera đồng hồ thông minh có thể ở chế độ ngủ, tiêu thụ chỉ một lượng điện năng rất nhỏ (dưới 10μA), cho đến khi được kích hoạt bằng lệnh giọng nói hoặc một cử chỉ cụ thể. Khi được kích hoạt, nó nhanh chóng chuyển sang chế độ hoạt động, tiêu thụ khoảng 5mA trong quá trình chụp hình.
Các cảm biến tiên tiến này thường tiêu thụ ít hơn 5mA trong quá trình chụp ảnh chủ động, điều này thấp hơn tới 70% so với mức tiêu thụ điện năng của cảm biến camera trên điện thoại thông minh.
2. Hệ thống Quản lý Năng lượng Thông minh
Ngay cả cảm biến hiệu quả nhất cũng cần một hệ thống quản lý năng lượng thông minh để thực sự tối đa hóa tuổi thọ pin. Các mô-đun camera đeo được sử dụng các kỹ thuật sau:
• Điều chỉnh Điện áp và Tần số Động (DVFS): Công nghệ này điều chỉnh điện áp hoạt động và tốc độ xử lý của mô-đun camera dựa trên độ phức tạp của nhiệm vụ hiện tại. Ví dụ, trong chế độ xem trước đơn giản, mô-đun có thể hoạt động ở điện áp và tần số thấp hơn, tiêu thụ ít hơn tới 50% so với chế độ ghi video độ phân giải cao.
• Chế độ chụp liên tục: Thay vì hoạt động liên tục, camera chỉ được kích hoạt trong những khoảng thời gian ngắn, thường là 1 - 2 giây, khi chụp ảnh hoặc video. Điều này giảm thiểu đáng kể thời gian "bật", đây là yếu tố lớn nhất góp phần vào việc tiêu tốn năng lượng. Trong một số thiết bị đeo theo dõi sức khỏe, chế độ chụp liên tục đã kéo dài thời gian sử dụng của camera từ 2 giờ lên hơn 6 giờ chỉ với một lần sạc.
• Power Gating: Phương pháp này tắt các thành phần không sử dụng, chẳng hạn như động cơ lấy nét tự động hoặc bộ điều khiển đèn flash, khi chúng không được sử dụng. Bằng cách loại bỏ lãng phí điện năng chờ, power gating có thể giảm tổng mức tiêu thụ điện năng từ 10 - 20%.
3. Điện toán biên cho xử lý hình ảnh
Máy ảnh truyền thống phụ thuộc nhiều vào bộ xử lý chính của thiết bị để xử lý hình ảnh, điều này giữ cho toàn bộ hệ thống hoạt động và tiêu tốn năng lượng. Máy ảnh đeo tay tiết kiệm năng lượng vượt qua thách thức này với:
• Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh tích hợp (ISP): Các ISP nhỏ, chuyên dụng trong mô-đun camera xử lý các tác vụ như giảm tiếng ồn, tự động điều chỉnh độ sáng và chỉnh sửa màu sắc tại chỗ. Điều này giảm tải cho CPU chính lên đến 60%, dẫn đến tiết kiệm năng lượng đáng kể. Trong kính AR công nghiệp, các ISP tích hợp đã cho phép camera hoạt động trong 8 giờ làm việc với một lần sạc.
• Tối ưu hóa dựa trên AI: Các thuật toán học máy được sử dụng để dự đoán điều kiện cảnh, chẳng hạn như ánh sáng trong nhà so với ngoài trời, và điều chỉnh cài đặt camera trước khi hình ảnh được chụp. Điều này giảm thời gian và năng lượng sử dụng trong quá trình xử lý sau. Một số camera được tối ưu hóa bằng AI có thể giảm thời gian xử lý xuống 30%, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.
4. Quang học và Cơ khí thu nhỏ
Kích thước và trọng lượng của các thành phần máy ảnh ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu thụ điện năng. Dưới đây là một số đổi mới quang học:
• Cố định - Ống kính lấy nét: Lý tưởng cho hầu hết các trường hợp sử dụng đeo được, chẳng hạn như sinh trắc học khoảng cách gần hoặc quét mã QR, ống kính lấy nét cố định loại bỏ nhu cầu về hệ thống lấy nét động tiêu tốn nhiều năng lượng. Điều này có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến việc lấy nét lên đến 80%.
• Thấu kính nhựa cao chỉ số: Những thấu kính này nhẹ hơn khoảng 30% so với thấu kính kính truyền thống. Trọng lượng giảm của chúng có nghĩa là cần ít năng lượng hơn để ổn định trong các thiết bị đeo di động, như đồng hồ theo dõi sức khỏe. Ví dụ, một đồng hồ theo dõi sức khỏe với thấu kính nhựa cao chỉ số có thể hoạt động lâu hơn 30 phút trên một lần sạc so với một cái có thấu kính kính.
• Quang học cấp wafer: Các mảng ống kính vi mô được sản xuất bằng các kỹ thuật bán dẫn, cho phép thiết kế siêu gọn với yêu cầu năng lượng tối thiểu. Quang học cấp wafer có thể giảm kích thước tổng thể của mô-đun camera xuống 40% trong khi vẫn duy trì hiệu suất quang học cao.
Các ứng dụng hàng đầu của mô-đun camera tiêu thụ điện năng thấp trong thiết bị đeo được
Công nghệ camera hiệu quả đang mở ra những trường hợp sử dụng mới và thú vị cho thiết bị đeo trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:
• Chăm sóc sức khỏe: Đồng hồ thông minh được trang bị camera tiêu thụ điện năng thấp hiện đang được sử dụng để theo dõi tình trạng da, phát hiện bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh, hoặc phân tích các mẫu võng mạc để phát hiện bệnh sớm. Những ứng dụng này có thể hoạt động trong nhiều ngày mà không cần sạc lại hàng ngày. Trong một thử nghiệm lâm sàng gần đây, camera đồng hồ thông minh đã có khả năng phát hiện chính xác ung thư da giai đoạn đầu trong 85% các trường hợp.
• Thể dục và Thể thao: Camera đeo được trong đồng hồ chạy hoặc kính đạp xe có thể ghi lại hình ảnh tập luyện bằng chế độ chụp liên tục, kéo dài thời gian sử dụng pin lên hơn 12 giờ liên tục. Vận động viên giờ đây có thể ghi lại toàn bộ buổi tập của họ mà không lo lắng về việc hết pin. Ví dụ, một người đạp xe có thể sử dụng camera đeo được để ghi lại một chuyến đi xe đạp 100 dặm mà không lo pin hết giữa chừng.
• Công nghệ AR trong công nghiệp: Kính AR cho công nhân kho sử dụng camera tiêu thụ điện năng thấp để quét mã vạch và ghi lại hàng tồn kho, hoạt động liên tục trong 8 giờ làm việc với một lần sạc. Điều này đã tăng năng suất trong kho lên 20% vì công nhân không còn cần phải dừng lại và sạc thiết bị của họ trong suốt ngày làm việc.
• Chăm sóc người cao tuổi: Dây chuyền đeo có camera cho phép kiểm tra video với người chăm sóc, sử dụng năng lượng tối thiểu để đảm bảo thời gian chờ 7 + ngày. Điều này mang lại sự an tâm cho cả người cao tuổi và gia đình của họ, biết rằng họ có thể dễ dàng liên lạc trong trường hợp khẩn cấp.
Xu hướng tương lai trong máy ảnh đeo được tiêu thụ ít năng lượng
Thế hệ tiếp theo của các mô-đun camera đeo được dự kiến sẽ đẩy ranh giới của hiệu suất xa hơn nữa với những công nghệ mới nổi này:
• Cảm biến Perovskite: Những cảm biến thế hệ tiếp theo này cung cấp độ nhạy ánh sáng tốt hơn 2 lần so với silicon với một nửa công suất. Các chuyên gia trong ngành dự đoán rằng cảm biến perovskite có thể bắt đầu xuất hiện trong các sản phẩm thương mại sớm nhất vào năm 2026. Việc áp dụng chúng có thể gấp đôi thời gian sử dụng pin của các camera đeo trên người.
• Thu hoạch năng lượng: Các camera trong tương lai có thể chuyển đổi ánh sáng xung quanh hoặc nhiệt độ cơ thể thành điện, kéo dài đáng kể tuổi thọ pin cho các chức năng quan trọng. Một số nguyên mẫu đã cho thấy kết quả hứa hẹn, với khả năng thu hoạch đủ năng lượng từ nhiệt độ cơ thể để cung cấp năng lượng cho một camera trong thời gian ngắn.
• Zero - Power Wake - Up: Camera được kích hoạt chỉ bằng các kích thích hình ảnh cụ thể, chẳng hạn như cử chỉ tay, sử dụng các thuật toán nhận diện hình ảnh siêu tiết kiệm năng lượng. Điều này có thể giảm mức tiêu thụ điện năng chờ xuống gần như bằng không, tăng cường hiệu quả tổng thể của camera đeo trên người.
Kết luận: Đầu tư vào Công nghệ Camera Tiêu thụ Thấp
Đối với các nhà sản xuất thiết bị đeo, ưu tiên thiết kế camera tiêu thụ điện năng thấp không còn là một lựa chọn; đó là một điều cần thiết tuyệt đối để đáp ứng kỳ vọng của người tiêu dùng. Bằng cách tận dụng các cảm biến tiên tiến, quản lý năng lượng thông minh, điện toán biên và quang học thu nhỏ, các công ty có thể tạo ra các thiết bị cung cấp cả chức năng cao và thời lượng pin cả ngày.
Khi thị trường thiết bị đeo tiếp tục mở rộng, với mức tăng trưởng dự kiến 18,1% CAGR giữa năm 2024 - 2029 theo Technavio, nhu cầu về các mô-đun camera siêu hiệu quả sẽ chỉ gia tăng. Những người tiên phong trong các công nghệ này sẽ có được lợi thế cạnh tranh đáng kể, cung cấp các sản phẩm nổi bật trong một thị trường đông đúc.
Liên hệ
Để lại thông tin của bạn và chúng tôi sẽ liên hệ với bạn.
WhatsApp
WeChat