Angesichts der zunehmenden Verbreitung von KI benötigen immer mehr innovative Anwendungen Unterstützung durch maschinelles Sehen. Die Voraussetzung für den Einsatz von KI zum „Verstehen“ ist, dass die Geräte sehen und scharf sehen können müssen. Die Bedeutung der optischen Linse liegt dabei auf der Hand; ein typisches Beispiel für den Einsatz von KI in der Sicherheitsbranche ist die Sicherheitstechnik.

Mit der zunehmenden Anwendung von KI-Sicherheitstechnologien erscheint die technische Weiterentwicklung der Sicherheitslinse, einer Schlüsselkomponente von Überwachungskameras, unausweichlich. Aus Sicht der Entwicklungstrends von Videoüberwachungssystemen manifestiert sich die technische Weiterentwicklung der Sicherheitslinse hauptsächlich in folgenden Aspekten:

Zuverlässigkeit vs. Objektivkosten

Die Zuverlässigkeit von Sicherheitsobjektiven hängt hauptsächlich von der Hitzebeständigkeit des Systems ab. Überwachungskameras müssen unter extremen Wetterbedingungen funktionieren. Ein gutes Überwachungsobjektiv muss bei 60–70 Grad Celsius ohne sichtbare Bildverzerrungen scharfstellen. Gleichzeitig geht der Markt jedoch von Glasobjektiven hin zu Glas-Kunststoff-Hybridobjektiven (einer Kombination aus asphärischen Kunststofflinsen und Glas), um die Auflösung zu verbessern und die Kosten zu senken.

Auflösung vs. Bandbreitenkosten

Im Vergleich zu anderen Kameraobjektiven benötigen Überwachungsobjektive in der Regel keine hohe Auflösung. Derzeit ist 1080p (2 MP) Standard, dessen Marktanteil bis 2020 voraussichtlich von aktuell etwa 65 % auf 72 % steigen wird. Da Bandbreitenkosten in den aktuellen Systemen nach wie vor eine wichtige Rolle spielen, würden höhere Auflösungen die Systembau- und Betriebskosten erhöhen. Es ist zu erwarten, dass die Umstellung auf 4K in den nächsten Jahren bis zum vollständigen Ausbau des 5G-Netzes nur sehr langsam voranschreiten wird.

Von fester Fokussierung bis hin zu Hochleistungszoom

Sicherheitsobjektive lassen sich in Festbrennweiten- und Zoomobjektive unterteilen. Festbrennweitenobjektive dominieren derzeit noch den Markt, Zoomobjektive erreichten 2016 jedoch bereits einen Marktanteil von 30 % und werden bis 2020 voraussichtlich auf über 40 % anwachsen. Für den allgemeinen Gebrauch ist in der Regel ein 3-facher Zoom ausreichend, für die Überwachung größerer Entfernungen ist jedoch ein höherer Zoomfaktor erforderlich.

Große Blendenöffnung löst Probleme bei Anwendungen in Umgebungen mit wenig Licht.

Da Sicherheitsobjektive häufig in Umgebungen mit wenig Licht eingesetzt werden, sind die Anforderungen an große Blendenöffnungen deutlich höher als bei Handyobjektiven. Infrarotaufnahmen können zwar auch bei Nachtaufnahmen verwendet werden, liefern aber nur Schwarzweißvideos. Daher ist eine große Blendenöffnung in Kombination mit einem hochempfindlichen RGB-CMOS-Sensor die grundlegende Lösung für Anwendungen bei schwachem Licht. Die derzeit gängigen Objektive sind für Innen- und Außenbereiche bei Tageslicht ausreichend. Für Nachtaufnahmen wurden Objektive mit großer Blendenöffnung entwickelt, die für Sternenlicht (F 1.6) und Schwarzlicht (F 0.98) geeignet sind.

Da elektronische Technologien immer weiter verbreitet sind, erobern optische Linsen als „Augen“ der Maschinen heute zahlreiche neue Anwendungsgebiete. Neben den drei Hauptmärkten Sicherheit, Mobiltelefone und Fahrzeuge sind optische Linsen als zentrale Komponenten zur Erfassung optischer Signale zu wichtigen Bestandteilen neuer elektronischer Endgeräte geworden, beispielsweise für KI-gestützte Bilderkennung, Videoprojektion, Smart Home, Virtual Reality und Laserprojektion. Die in verschiedenen elektronischen Geräten verwendeten optischen Linsen unterscheiden sich hinsichtlich Form und technischer Standards.

Linsenmerkmale in verschiedenen Anwendungsbereichen

Smart-Home-Linsen

Mit dem stetig steigenden Lebensstandard haben Smart Homes mittlerweile Einzug in Tausende von Haushalten gehalten. Smart-Home-Geräte wie Überwachungskameras, Türspione, Video-Türklingeln und Saugroboter bieten optischen Objektiven vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Smart-Home-Markt. Diese Geräte sind flexibel, kompakt und für den Einsatz unter allen Witterungsbedingungen geeignet. Optische Objektive zeichnen sich vor allem durch hohe Auflösung, große Blendenöffnung, geringe Verzeichnung und ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aus.

Kameraobjektive für Drohnen oder UAVs

Der Aufstieg von Drohnen für Endverbraucher hat die „Vogelperspektive“ für die Alltagsfotografie eröffnet. UAVs werden hauptsächlich im Freien eingesetzt. Große Reichweite, weite Blickwinkel und die Fähigkeit, mit komplexen Umgebungen zurechtzukommen, stellen hohe Anforderungen an das Objektivdesign von UAVs. Zu den Funktionen, die ein UAV-Kameraobjektiv bieten sollte, gehören Nebeldurchdringung, Rauschunterdrückung, ein großer Dynamikumfang, automatische Tag-/Nacht-Umwandlung und eine sphärische Sichtschutzmaskierung.

Die Flugumgebung ist komplex, und die Drohnenkamera muss den Aufnahmemodus je nach Sichtfeld jederzeit flexibel anpassen können, um optimale Bildqualität zu gewährleisten. Hierfür ist ein Zoomobjektiv unerlässlich. Die Kombination aus Zoomobjektiv und Fluggerät ermöglicht zudem bei Höhenflügen den schnellen Wechsel zwischen Weitwinkel- und Nahaufnahmen.

Objektiv einer Handkamera

Die Live-Übertragungsbranche boomt. Um den Anforderungen von Live-Übertragungen in unterschiedlichen Szenarien besser gerecht zu werden, sind tragbare Smart-Kameras auf den Markt gekommen. Hohe Auflösung, Bildstabilisierung und verzerrungsfreie Aufnahmen sind heute die Standardanforderungen für diese Kameras. Darüber hinaus sind für optimale Fotoergebnisse auch eine präzise Farbwiedergabe, WYSIWYG (What You See Is What You Shot) und ein extrem großer Dynamikumfang für Aufnahmen bei jedem Wetter unerlässlich.

Videoausrüstung

Der Ausbruch der Corona-Pandemie hat die Entwicklung von Online-Konferenzen und Live-Unterrichtseinheiten weiter vorangetrieben. Da die Nutzungsumgebung relativ statisch und lokal ist, sind die Designstandards für diese Objektive im Grunde nicht sehr speziell. Als „Brille“ von Videogeräten erfüllen sie im Allgemeinen die Anforderungen an einen großen Bildwinkel, verzerrungsfreie, hochauflösende und zoomfähige Bilder. Mit der zunehmenden Verbreitung entsprechender Anwendungen in Bereichen wie Fernunterricht, Telemedizin, Fernwartung und kollaborativem Arbeiten steigt auch die Nachfrage nach solchen Objektiven.

Aktuell stellen Sicherheit, Mobiltelefone und Fahrzeuge die drei wichtigsten Absatzmärkte für optische Linsen dar. Mit der zunehmenden Diversifizierung des Lebensstils der Bevölkerung wachsen auch einige neue, stärker unterteilte Absatzmärkte für optische Linsen, wie beispielsweise Projektoren und AR/VR-Geräte. Diese konzentrieren sich auf visuelle Technologien und Kunst und bereichern so das Leben und die Arbeit der Menschen.