Девять факторов, которые следует учитывать при интеграции камеры машинного зрения на уровне платы

Использование камер на уровне платы дает множество преимуществ. Чтобы помочь определить правильное сочетание функций и элементов дизайна, вот некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе и проектировании встроенной камеры машинного зрения.

Способность использовать искусственный интеллект на основе машинного зрения в продукте требует возможности создания полнофункциональной камеры машинного зрения на уровне платы в гораздо меньшем и мощном корпусе, чтобы обеспечить большую гибкость от выбора кабеля до объектива в в дополнение к уменьшенному размеру для новых продуктов и систем. Более того, использование камер на уровне платы обеспечивает прямой доступ к основным компонентам камеры для облегчения отвода тепла и может использоваться в различных областях:медицинская диагностика, метрология, робототехника, встроенное зрение, контроль упаковки и печати, портативные сканеры, настольные компьютеры. лаборатории и другие системы с ограниченным пространством.

Рисунок 1. Камеры на уровне платы можно использовать по-разному, но следует учитывать конструктивные особенности.

Но выбор подходящей камеры для встраивания машинного зрения - это совсем другой вопрос. В некоторых случаях стандартная камера будет работать нормально, поскольку камеры на уровне платы часто могут быть более восприимчивыми к электростатическому разряду (ESD) и физическим повреждениям, не говоря уже о том, что этот вариант обычно требует больше усилий при проектировании, опыта проектирования и т.д. и, возможно, дополнительные расходы.

Чтобы помочь определить правильное сочетание функций и элементов дизайна, необходимых для данного проекта, при выборе и проектировании встроенной камеры машинного зрения (МВ) необходимо учитывать девять ключевых факторов:

1. Набор функций и форм-фактор
2. Крепление объектива
3. Дизайн корпуса для быстрого прототипирования.
4. Управление температурным режимом
5. Интерфейсы и соединители
6. Камеры MIPI по сравнению со стандартными камерами MV
7. Электромагнитная совместимость
8. Стандартные платы
9. Сравнение производительности ЦП с глубинным обучением и производительности графического процессора

Давайте рассмотрим каждый из этих факторов более подробно.

Набор функций и форм-фактор

Найдите баланс между необходимыми функциями и размером камеры, включая использование компактного GPIO и интерфейсных разъемов для экономии места. Часто варианты на уровне платы многих полнофункциональных камер MV представляют собой просто стандартные камеры со снятыми корпусами, что необходимо учитывать при разработке. Кроме того, камеры на уровне платы обеспечивают большую гибкость для настройки длины кабеля FPC, а также возможность использования файла проекта общего кабеля.

Крепление объектива

Без фиксированного крепления объектива, камеры на уровне платы дают дизайнерам свободу выбора оптики, отличную от стандартных объективов с байонетом C, CS или S, обычно используемых в индустрии MV.

Возможность интеграции крепления объектива в другую деталь продукта или даже формование насыпи линзы непосредственно в корпусе продукта может дополнительно снизить затраты за счет упрощения производства и сборки. Однако, если предпочтительны объективы со стандартным креплением, используйте крепление S для датчиков размером 1/3 дюйма или меньше с низким разрешением, например 2 МП. Крепление CS обычно рекомендуется для датчиков размером от одной трети до одного дюйма, а крепление C - для датчиков размером один дюйм или больше.

Дизайн корпуса для быстрого прототипирования

Камеры уровня платы часто не включают корпуса, но в приложениях, где камера не будет интегрирована в продукт, и, таким образом, внутренние части камеры остаются открытыми для элементов, может потребоваться чехол.

Для быстрого создания прототипов воспользуйтесь преимуществами существующих моделей САПР и 3D-принтеров или используйте обычные пластиковые корпуса, в которые можно поместить камеру и закрепить камеру на месте с помощью прокладок и монтажных кронштейнов.

Управление температурным режимом

Без корпуса высокопроизводительные камеры уровня платы могут иметь дополнительные требования к конструкции, чтобы гарантировать, что они работают в рекомендуемом диапазоне температур. Чтобы избежать повреждения камеры, сообщаемая температура камеры должна оставаться ниже максимальной температуры ключевых компонентов, таких как датчик / FPGA. В таких случаях ключевым моментом является обеспечение надлежащего радиатора. Рекомендуемый вариант - использовать термопасту или замазку вместо термопрокладок, чтобы минимизировать нагрузку на камеру.

Интерфейсы и соединители

USB 3.1 Gen 1 - идеальный интерфейс для встраиваемых систем. Гибкие кабели с печатной схемой могут поддерживать USB 3.1 Gen 1 при длине кабеля до 30 м. Однако одним из потенциальных недостатков интерфейса USB 3.1 является то, что его высокочастотный сигнал может вызывать помехи на беспроводных устройствах с частотой до 5 ГГц. В этом случае может работать интерфейс GigE или более сложный интерфейс MIPI CSI.

Камеры MIPI и стандартные камеры MV

Вышеупомянутые камеры MIPI менее дороги по сравнению со стандартными камерами MV, потенциально до 50 процентов или более, но эта сниженная цена включает меньшее количество функций, в первую очередь из-за отсутствия FPGA.

Типичные камеры MIPI обычно предлагают необработанный выходной сигнал датчика с минимальной обработкой или улучшением изображения (например, коррекция плоского поля, коррекция дефектных пикселей, коррекция фиксированного шаблонного шума и т. Д.), Что требует дополнительной работы для улучшения качества изображения. Что наиболее важно, MIPI обычно требует использования встроенных систем, поддерживающих камеры MIPI, в то время как камеры USB3 / GigE MV можно использовать как на платах ARM, так и на стандартных настольных ПК.

Электромагнитная совместимость

Без экранирования, обеспечиваемого корпусом, электромагнитная совместимость (ЭМС) камер на уровне платы будет отличаться от моделей в корпусе. Поскольку эти камеры платного уровня встраиваются в другие продукты или системы, конечный продукт необходимо сертифицировать отдельно.

Готовые решения

Некоторые поставщики также разрабатывают собственные решения для держателей или кронштейнов для встроенной платы. Процессоры ARM и несущая плата упрощают интеграторам покупку готовых решений, вместо того, чтобы требовать заказную плату, чтобы сэкономить время и деньги.

В зависимости от требований конструкции можно приобрести платы и сконфигурировать до четырех или более хост-контроллеров USB3 для потоковой передачи с четырех камер USB3 с полной пропускной способностью.

Сравнение производительности процессора с глубоким обучением и графического процессора

Алгоритмы глубокого обучения работают очень медленно на обычных процессорах по сравнению с графическими процессорами. Там, где более быстрый вывод является обязательным, графические процессоры - лучший вариант, даже когда изображения сначала отправляются в облако для обработки, поскольку вывод в облаке обычно является экономичным выбором, когда периферийные вычисления не являются критически важными.

Другой вариант выполнения вывода глубокого обучения во встроенных системах - использование камеры с возможностью вывода, которая может запускать модель вывода на самой камере, что также может помочь разгрузить требования к обработке от хост-системы.

Принимая во внимание эти девять основных факторов, мы надеемся, что интеграция правильного MV на уровне платы с соответствующим набором функций станет намного проще, сократит головную боль дизайнеров и время разработки при одновременном улучшении общего применения продукта.

Отраслевые статьи - это форма содержания, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits, что не подходит для редакционного содержания. Все отраслевые статьи подлежат строгим редакционным правилам с целью предлагать читателям полезные новости, технические знания или истории. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, принадлежат партнеру, а не обязательно All About Circuits или ее авторам.