Preview only show first 10 pages with watermark. For full document please download

Application Note

   EMBED


Share

Transcript

        Digital Low-Light CMOS Camera Application Note NOCTURN Camera: Ideally Suited for UAV/UAS Imaging   PHOTONIS Digital Imaging, LLC. 6170 Research Road | Suite 208 Frisco, TX USA 75033 T: +1 (469) 713-6108 F: +1 (469) 713-2880 www.photonis.com   Nocturn Camera: Ideally Suited for UAV/UAS Imaging Within  the  last  decade,  the  use  of  Unmanned  Aerial  Vehicles  (UAV)  and  more  recently,  Unmanned  Aircraft  Systems  (UAS)  has  grown  exponentially.   These  systems  have  taken  advantage  of  significant  technological  advancements  in  communications,  navigation  and  imaging  improvements  to  expand  their  contributions  to  modern  armies.  Today,  UAV/UAS  are  deployed  for  any  number  of  support  missions:  reconnaissance,  surveillance,  intelligence,  target identification and search and rescue.   support  long‐range  identification  in  both  day  and  night  conditions.  The  Nocturn  camera  is  capable  of  producing SXGA resolution (1280 x 1024) at <4e‐ read  noise making it capable of long‐range imagery under  bright  starlight  conditions  (light  level  3).  Weighing  less  than  85  grams,  measuring  under  37mm3,  and  typically  using  less  than  1.8  watts,  Nocturn  offers  a  wide range of video outputs and connectivity options  in  a  compact  package  ideally  suited  for  UAV/UAS  applications.    The  small  and  lightweight  form  factor  of  UAV/UAS  units  can  be  both  beneficial  and  burdensome.  Small  units  are  easily  flown  undetected  and  can  be  manufactured  for  significantly  less  cost  than  a  fully  equipped military airplane. However, the smaller the  unit,  the  more  compact  the  on‐board  systems  for  communication,  navigation  and  imaging  need  to  be.   Systems  chosen  for  use  in  UAV/UAS  need  to  be  optimized for size, weight and power (SWaP), capable  of  performing  under  a  wide  range  of  environmental  conditions, and be as versatile a solution as possible  to  support  the  wide  range  of  missions  required  of  such aircraft.  The Nocturn is powered by the digital solid‐state Lynx  CMOS  sensor  technology,  using  large  9.7  x  9.7µm  pixels  to  provide  a  QE  of  >60%  at  600nm.    Nocturn  provides good response across a wide spectral range,  allowing  for  identification  of  NIR  illuminators  often  associated  with  the  security  systems  surrounding  targets of interest. (Figure 1)  A  critical  element  to  UAV/UAS  missions  is  high  resolution  imaging.    High  quality  photos  and  videos  provide  valuable  information  on  the  location  or  movement  of  assets,  topography,  and  precise  target  identification.  However,  many  of  the high  resolution  imaging  systems  on  the  market  today  are  not  well‐ suited to support missions flown at night as their low  light  response  is  poor.  Some  UAV/UAS  units  are  equipped  with  a  secondary  thermal  system  to  supplicant daytime cameras, but subtle differences in  heat signatures can be difficult to distinguish at long  distances.  The  use  of  two  cameras  within  a  single  UAV/UAS  also  takes  up  more  space  and  consumes  more power than a single solution.    Figure 1: QE curve for Nocturn Camera using Lynx  CMOS Sensor  The Nocturn camera also offers up to 8X digital zoom  capabilities for closer inspection of targets of interest  and certain models can be purchased in monochrome  or color versions.   PHOTONIS  has  introduced  Nocturn,  a  true  day‐ through‐night  CMOS  imaging  camera,  optimized  for  SWaP  requirements  of  today’s  mobile  armies  and  missions.  Nocturn  is  a  single‐camera  solution  to  In  a  comparison  to  competitive  low  light  CCD  and  CMOS  cameras,  Nocturn  showed  a  significantly  © 2014 PHOTONIS Digital Imaging, LLC.   All rights reserved.         The  low  light  imaging  capabilities  of  the  Nocturn  camera  provide  reconnaissance  and  surveillance  teams  with  much  more  detail  than  from  a  thermal  low light solution. Thermal technology is not capable  of  observing  through  windows,  nor  can  it  detect  a  threat  with  a  cold  heat  signature,  such  as  a  truck  filled  with  explosives  that  has  been  sitting  unattended  for  several  days.  And  while  thermal  technology may be able to detect an object such as a  car,  it  will  not  provide  enough  detail  to  clearly  see  identifying markings such as the color of the vehicle,  a  marker  plate,  or  a  company  name  on  the  outside.  (See Figure 3).    longer  range  with  70%  chance  of  identification  than  comparative technologies.  (Figure 2.)  Figure 2 Incidence of Identification of Target    Figure 3: Actual UAV images comparing Nocturn (Left Images) to Thermal technology.  Images courtesy of Novadem.  © 2014 PHOTONIS Digital Imaging, LLC.   All rights reserved.         About Nocturn:  Cameras  that  promise  low  light  vision  find  that  high  quality imagery is difficult to achieve.  This is because  most  are  unable to  achieve  a  high enough  signal‐to‐ noise ratio (SNR) to be able to clearly identify targets  or threats. In many cameras, SNR can be increased by  increasing  the  integration  time  (slower  frame  rates),  or  averaging  multiple  frames.    While  this  may  result  in  an  improved  still  image,  these  cameras  provide  poor imagery when tracking moving objects and thus  not practical for use in moving UAV/UAS. PHOTONIS  has  optimized  Nocturn  to  achieve  a  high  SNR  for  superior images at long‐range at full frame rates.    Nocturn  is  the  first  day‐through‐night  single‐camera  solution  capable  of  true  low‐light  imaging.  PHOTONIS’  expertise  in  image  intensifiers  for  low  light  detection  has  been  applied  to  the  CMOS  technology in Nocturn to minimize signal noise while  collecting and amplifying photons as economically as  possible.   The  compact  size  and  low  power  consumption  of  Nocturn  make  it  ideal  for  a  wide  variety  of  applications,  including  long  range  surveillance,  mobile imaging, man‐portable, rifle scopes and more.  It  is  offered  in  several  models  that  provide  a  wide  range  of  video  output  and  connectivity  options.  For  more  information  about  the  Nocturn  camera  family,  including  videos,  applications  and  specifications,  please visit us on the web at:  Nocturn is equipped with a rolling shutter capable of  100  frames  per  second.    At  this  high  frame  rate,  Nocturn  can  mitigate  much  of  the  distortion seen  in  competitive technologies when flying at a high rate of  speed. Nocturn still provides full SXGA resolution and  <4e‐  even  at  its  highest  frame  rates,  with  only  a  minimal  increase  in  power  consumption  (2.25W  compared to 1.8W typical). (Figure 4).  www.nocturncamera.com    About PHOTONIS Technologies:  PHOTONIS  is  a  high‐technology  manufacturer,  specializing  in  the  detection  and  amplification  of  electrons, ions and photons for defense, science, and  physics  applications  and  instruments.      We  are  the  world’s largest provider of Image Intensifier Tubes to  global  markets.    Our  expertise  in  optimizing  analog  technologies  has  led  us  to  create  a  series  of  digital  low light solutions.      For more information, visit:    www.photonis.com  Figure 4: Long Range Image from Nocturn.    PHOTONIS  offers  Nocturn  in  a  variety  of  models,  allowing  for  custom  system  integration  with  other  digital technologies, or as a plug‐and‐play device. This  allows  users  to  choose  the  options,  configuration,  and  connectivity  that  are  ideal  for  any  UAV/UAS  application.  © 2014 PHOTONIS Digital Imaging, LLC.   All rights reserved.