工程師3D打印低成本熱熔夜視鏡，配備Raspberry Pi處理單板計算機(jī)

2025年2月21日，南極熊獲悉，電光系統(tǒng)專業(yè)工程師Angus Logue開發(fā)了DNV數(shù)字熱融合夜視鏡，這是一種頭盔式系統(tǒng)，可將熱圖像實時疊加到可見光數(shù)字夜視儀上。據(jù)稱，這是同類產(chǎn)品中第一款經(jīng)濟(jì)實惠的系統(tǒng)，旨在增強(qiáng)夜間野生動物觀察和其他低光應(yīng)用的態(tài)勢感知能力。264×192熱傳感器與低光CMOS攝像頭協(xié)同工作，而集成的紅外聚光燈則補(bǔ)充了圖像捕捉。早期的技術(shù)文檔強(qiáng)調(diào)，這種方法不僅僅是一種漸進(jìn)式更新，而是將熱信號與詳細(xì)的視覺信息相結(jié)合的根本性轉(zhuǎn)變。

△DNV 數(shù)字熱融合夜視鏡。照片來自 Angus Logue

夜視鏡的一個關(guān)鍵要素是使用3D打印來加速開發(fā)和迭代設(shè)計改進(jìn)。通過FDM 3D打印進(jìn)行快速原型設(shè)計，Logue's能夠制造用于頭盔安裝和光學(xué)組件外殼的定制組件。這種增材制造技術(shù)能夠?qū)��?nèi)部加工組件與堅固的防水外殼精確集成。模制硅膠墊圈和其他現(xiàn)成的組件確保原型能夠承受惡劣的環(huán)境條件，這是可靠現(xiàn)場使用的必要條件。

△DNV 數(shù)字熱熔夜視鏡的組裝和接線過程，采用 3D 打印組件和集成電子設(shè)備。照片來自 Angus Logue

電子設(shè)備性能的核心在于它依賴于基于 Raspberry Pi 構(gòu)建的嵌入式計算平臺，Raspberry Pi 是一款單板計算機(jī)，以其在原型設(shè)計和低功耗應(yīng)用中的多功能性而聞名。工程師優(yōu)化了固件以在此平臺上高效運(yùn)行，從而可以在不產(chǎn)生大量處理開銷的情況下實現(xiàn)實時圖像融合。定制相機(jī)固件集成了數(shù)字放大、圖像捕獲以及熱圖像和可見光圖像的精確對準(zhǔn)。

嚴(yán)格的測試協(xié)議結(jié)合了實驗室和現(xiàn)場評估，以評估紅外和熱光譜的性能。迭代設(shè)計周期完善了硬件集成、固件效率和人體工程學(xué)因素。這些評估的經(jīng)驗數(shù)據(jù)提供了對圖像分辨率和系統(tǒng)便攜性之間權(quán)衡的見解，促使進(jìn)一步改進(jìn)傳感器對準(zhǔn)和處理算法。詳細(xì)的評估證實，融合熱成像和數(shù)字成像可以在低光環(huán)境下產(chǎn)生全面的圖像——與經(jīng)常引起眼疲勞的傳統(tǒng)單目系統(tǒng)相比，這是一個顯著的改進(jìn)。

△工程師Angus Logue 正在為 DNV 夜視系統(tǒng)設(shè)置現(xiàn)場測試。照片來自 Angus Logue。

雖然價格實惠仍需經(jīng)過市場比較，但 DNV 數(shù)字熱融合夜視鏡代表了成本效益型便攜式成像技術(shù)的重大進(jìn)步。未來的發(fā)展可能側(cè)重于整合更高分辨率的傳感器和更先進(jìn)的處理能力，以擴(kuò)大設(shè)備的適用性。

△安裝在頭盔上的 DNV 數(shù)字熱融合夜視鏡效果圖。照片來自 Angus Logue

用于快速成型和模塊化硬件集成的 3D 打印

機(jī)器人工程師、前玩具設(shè)計師James Bruton利用 3D 打印結(jié)構(gòu)部件開發(fā)了一款全向球輪自行車。自行車的外殼和車輪支撐結(jié)構(gòu)采用 SLS3D 打印技術(shù)制造，無需昂貴的模具即可實現(xiàn)精確定制。Bruton 采用基于 PCB 的電機(jī)控制系統(tǒng)來驅(qū)動車輪機(jī)構(gòu)，通過快速原型設(shè)計迭代組件放置和穩(wěn)定性調(diào)整。

專注于模塊化電子產(chǎn)品的設(shè)計師Beth Le開發(fā)了 Beth Deck，這是一款由 3D 打印組件制成的手持游戲設(shè)備�？刂婆_集成了 Framework 13 英寸筆記本電腦主板、定制的 3D 打印外殼和 8 英寸觸摸屏，使用戶無需焊接即可組裝或升級系統(tǒng)。設(shè)備的熱性能需要進(jìn)行設(shè)計修改，因此計劃進(jìn)行修改，以便在未來的迭代中實現(xiàn)更好的氣流并減少過熱。

△測試全向球輪自行車。圖片來自 James Bruton