板級機器視覺攝像機集成應(yīng)考慮的九個因素

在產(chǎn)品中利用基于機器視覺的人工智能的能力要求能夠?qū)⑷δ?、板級機器視覺攝像頭設(shè)計成更小、更強大的組件，從而提供從電纜到鏡頭選擇的更大的靈活性，此外還可以為新產(chǎn)品和系統(tǒng)減小尺寸。更重要的是，利用板級攝像頭可以直接訪問核心攝像頭組件，從而更容易散熱，并可用于多種用途：醫(yī)療診斷、計量學(xué)、機器人學(xué)、嵌入式視覺、包裝和打印檢查、手持掃描儀、臺式實驗室和其他空間受限系統(tǒng)。

圖1板級攝像機可以用多種方式使用，但也有一些設(shè)計因素需要考慮。

但選擇合適的嵌入式視覺攝像頭完全是另一個問題。在某些情況下，現(xiàn)成的攝像機會很好地工作，因為板級攝像機通常更容易受到靜電放電（ESD）和物理損傷，更不用說這種選擇通常需要更多的設(shè)計努力、設(shè)計專業(yè)知識和潛在的更高的費用。

為了幫助確定給定項目所需的功能和設(shè)計元素的正確組合，在選擇和設(shè)計嵌入式機器視覺（mv）攝像機時，需要考慮九個關(guān)鍵因素：

1. 特征集和形狀因子

2. 透鏡安裝

3. 快速原型的實例設(shè)計

4. 熱管理

5. 接口和連接器

6. MIPI攝像機與標準MV攝像機

7. 電磁兼容性

8. 現(xiàn)成板

9. 深度學(xué)習(xí)CPU與GPU性能

讓我們更詳細地看一下這些因素。

在正確的功能和相機的物理占用之間取得平衡，包括使用緊湊的GPIO和接口連接器來節(jié)省空間。通常，許多全功能MV攝像機的板級變體只是標準攝像機，去掉了它們的外殼，這需要考慮到設(shè)計中。此外，板級攝像機提供了更大的靈活性，以定制FPC電纜長度，以及共享電纜設(shè)計文件的選項。

由于沒有固定的鏡頭安裝，板卡級相機讓設(shè)計師可以自由選擇除了MV行業(yè)常用的標準C、CS或S型安裝鏡頭之外的光學(xué)元件。

使透鏡支架能夠集成到另一個產(chǎn)品部件中，甚至直接將透鏡座成型到產(chǎn)品外殼中，可以通過簡化制造和裝配來進一步降低成本。但是，如果首選標準安裝透鏡，則應(yīng)使用S型安裝架來安裝三分之一英寸或更小分辨率的傳感器，例如2MP。對于尺寸為1/3到1英寸的傳感器，通常建議使用CS安裝架，對于1英寸或更大的傳感器，建議使用C安裝架。

板級攝像機通常不包括外殼，但在攝像機不會集成到產(chǎn)品中的應(yīng)用中，因此相機內(nèi)部暴露在元件中，可能需要使用外殼。

對于快速原型，利用現(xiàn)有的CAD模型和3D打印機，或使用通用塑料盒，可以封裝相機，并使用墊片和安裝支架將相機安裝到位。

在任何情況下，高性能板級攝像機可能會有額外的設(shè)計要求，以確保它們在建議的溫度范圍內(nèi)工作。為了避免損壞攝像機，所報告的攝像機溫度需要保持在傳感器/FPGA等關(guān)鍵部件的最高溫度以下。在這種情況下，提供足夠的散熱是關(guān)鍵。推薦的選擇是使用熱糊狀物或油灰，而不是使用熱墊，以盡量減少對相機的板應(yīng)力。

USB3.1 Gen 1是嵌入式系統(tǒng)的理想接口。然而，USB接口的最大缺點是1.30兆赫的USB接口電纜的潛在干擾長度可達1.30兆赫。在這種情況下，一個GigE接口或更復(fù)雜的MIPI CSI接口可以工作。

與標準MV攝像機相比，上述MIPI攝像機的價格更低，可能高達50%或更高，但由于缺乏FPGA，降低的價格包含的功能更少。

典型的MIPI相機通常提供原始傳感器輸出，幾乎沒有圖像處理或增強（例如，平場校正、瑕疵像素校正、固定模式噪聲校正等），需要額外的工作來改善圖像質(zhì)量。最重要的是，MIPI通常需要使用支持MIPI攝像機的嵌入式系統(tǒng)，而USB3/GigE MV攝像機可以用在ARM板和標準臺式機上。

如果沒有機箱提供的屏蔽，板級攝像頭的電磁兼容性（EMC）將與機箱型號不同。由于這些板級攝像機嵌入到其他產(chǎn)品或系統(tǒng)中，最終產(chǎn)品需要單獨認證。

一些供應(yīng)商還為嵌入式板開發(fā)自己的載體或arm載體解決方案。ARM處理器和載體板使集成商更容易購買現(xiàn)成的解決方案，而不需要定制板，從而節(jié)省時間和金錢。

根據(jù)設(shè)計要求，可購買并配置多達四個或更多個USB3主機控制器，以全帶寬從四個USB3攝像頭傳輸。

與gpu相比，深度學(xué)習(xí)算法在常規(guī)處理器上運行得非常慢。在必須加快推斷速度的情況下，gpu是更好的選擇，即使圖像首先被發(fā)送到云中進行處理，因為在云中進行推斷通常是一種成本意識很強的選擇，邊緣計算不是關(guān)鍵任務(wù)。

在嵌入式系統(tǒng)上運行深度學(xué)習(xí)推理的另一個選擇是使用具有推理能力的攝像機，它可以在攝像機本身上運行推理模型，這也有助于減輕主機系統(tǒng)的處理需求。

考慮到這九個核心因素，將正確的板級MV與適當?shù)奶匦约蓪⒂型兊酶尤菀?，從而減少設(shè)計師的頭痛和設(shè)計時間，同時改進整個產(chǎn)品應(yīng)用程序。