Negen factoren waarmee rekening moet worden gehouden voor de integratie van machinevisiecamera's op bordniveau

Het benutten van camera's op board-niveau biedt een scala aan voordelen. Om de juiste mix van functies en ontwerpelementen te helpen identificeren, volgen hier enkele factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren en ontwerpen van een ingebouwde machine vision-camera.

De mogelijkheid om op machinevisie gebaseerde kunstmatige intelligentie binnen een product te gebruiken, vereist de mogelijkheid om een ​​volledig uitgeruste machinevisiecamera op bordniveau te ontwerpen in een veel kleiner, krachtiger pakket, om meer flexibiliteit te bieden van de kabel tot lenskeuzes, in naast kleinere afmetingen voor nieuwe producten en systemen. Bovendien bieden camera's op bordniveau directe toegang tot de belangrijkste cameracomponenten voor een eenvoudigere warmteafvoer, en kunnen ze worden gebruikt voor verschillende toepassingen:medische diagnostiek, metrologie, robotica, embedded vision, verpakkings- en printinspectie, handheld scanners, tafelmodel laboratoria en andere systemen met beperkte ruimte.

Figuur 1. Camera's op bordniveau kunnen op verschillende manieren worden gebruikt, maar er zijn ontwerpfactoren waarmee rekening moet worden gehouden.

Maar het kiezen van de juiste embedded vision-camera is een heel andere vraag. In sommige gevallen zal een kant-en-klare camera prima werken, aangezien camera's op bordniveau vaak gevoeliger zijn voor elektrostatische ontlading (ESD) en fysieke schade, laat staan ​​dat deze optie doorgaans meer ontwerpinspanning, ontwerpexpertise, en mogelijk meer kosten.

Om te helpen bij het identificeren van de juiste mix van functies en ontwerpelementen die nodig zijn voor een bepaald project, zijn er negen belangrijke factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren en ontwerpen van een embedded machine vision (mv) camera:

1. Functieset en vormfactor
2. Lensmontage
3. Kofferontwerp voor snelle prototyping
4. Thermisch beheer
5. Interfaces en connectoren
6. MIPI-camera's versus standaard MV-camera's
7. Elektromagnetische compatibiliteit
8. Directe borden
9. Deep learning CPU versus GPU-prestaties

Laten we elk van deze factoren in meer detail bekijken.

Functieset en vormfactor

Breng de juiste functies in evenwicht met de fysieke voetafdruk van de camera, inclusief het gebruik van compacte GPIO en interfaceconnectoren om ruimte te besparen. Vaak zijn de bordniveau-varianten van veel MV-camera's met volledige functionaliteit gewoon standaardcamera's waarvan de behuizing is verwijderd, waarmee rekening moet worden gehouden in het ontwerp. Bovendien bieden camera's op bordniveau meer flexibiliteit om de lengte van de FPC-kabel aan te passen, samen met de optie van een gedeeld kabelontwerpbestand.

Lensmontage

Zonder vaste lensvatting geven camera's op bordniveau ontwerpers de vrijheid om andere optica te kiezen dan de standaard C-, CS- of S-Mountlenzen die gewoonlijk worden gebruikt in de MV-industrie.

Door de lensvatting in een ander productonderdeel te integreren, of zelfs een lenssteun rechtstreeks in de behuizing van een product te gieten, kunnen de kosten verder worden verlaagd door de productie en montage te vereenvoudigen. Als u echter de voorkeur geeft aan lenzen met standaardmontage, gebruikt u de S-vatting voor sensoren van een derde inch of kleiner met een lage resolutie, zoals 2 MP. De CS-montage wordt meestal aanbevolen voor sensoren in de orde van grootte van een derde tot één inch, en de C-montage voor sensoren van één inch of groter.

Kofferontwerp voor Rapid Prototyping

Camera's op bordniveau bevatten vaak geen hoesjes, maar in toepassingen waarbij de camera niet in een product wordt geïntegreerd en de binnenkant van de camera dus wordt blootgesteld aan de elementen, kan een hoesje nodig zijn.

Maak voor snelle prototypes gebruik van bestaande CAD-modellen en 3D-printers, of gebruik generieke plastic behuizingen die de camera kunnen inkapselen en de camera op zijn plaats kunnen bevestigen met behulp van afstandhouders en montagebeugels.

Thermisch beheer

In geen geval kunnen hoogwaardige camera's op bordniveau aanvullende ontwerpvereisten hebben om ervoor te zorgen dat ze binnen het aanbevolen temperatuurbereik werken. Om schade aan de camera te voorkomen, moet de gerapporteerde temperatuur van de camera onder de maximale temperatuur van belangrijke componenten, zoals de sensor/FPGA, blijven. In dergelijke gevallen is het essentieel om voor voldoende koellichaam te zorgen. De aanbevolen optie is het gebruik van thermische pasta's of stopverf versus thermische pads om de druk op de camera op het bord te minimaliseren.

Interfaces en connectoren

USB 3.1 Gen 1 is een ideale interface voor embedded systemen. Flexibele printkabels kunnen USB 3.1 Gen 1 ondersteunen over kabellengtes tot 30 meter. Een potentieel nadeel van de USB 3.1-interface is echter dat het hoogfrequente signaal interferentie kan veroorzaken op draadloze apparaten tot 5 GHz. In dit geval kan een GigE-interface werken of de meer complexe MIPI CSI-interface.

MIPI-camera's versus standaard MV-camera's

De bovengenoemde MIPI-camera's zijn goedkoper in vergelijking met standaard MV-camera's, mogelijk tot 50 procent of meer, maar die lagere prijs omvat minder functies, voornamelijk vanwege het ontbreken van FPGA.

De typische MIPI-camera's bieden over het algemeen onbewerkte sensoruitvoer met weinig tot geen beeldverwerking of -verbetering (bijv. Flat-field-correctie, vlekpixelcorrectie, correctie van vast patroonruis, enz.), waarvoor extra werk nodig is om de beeldkwaliteit te verbeteren. Het belangrijkste is dat de MIPI over het algemeen het gebruik van embedded systemen vereist die MIPI-camera's ondersteunen, terwijl USB3/GigE MV-camera's zowel op ARM-kaarten als op standaard desktop-pc's kunnen worden gebruikt.

Elektromagnetische compatibiliteit

Zonder de afscherming die door een behuizing wordt geboden, zal de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van camera's op bordniveau anders zijn dan bij modellen met behuizing. Aangezien deze camera's op board-niveau zijn ingebed in andere producten of systemen, moet het eindproduct afzonderlijk worden gecertificeerd.

Directe borden

Sommige leveranciers ontwikkelen ook hun eigen carrier- of armcarrier-oplossingen voor een embedded board. ARM-processors en carrier-kaart maken het voor integrators eenvoudiger om kant-en-klare oplossingen te kopen in plaats van een aangepast bord te vereisen, om tijd en geld te besparen.

Afhankelijk van de vereisten van het ontwerp, kunnen kaarten worden gekocht en geconfigureerd met maximaal vier of meer USB3-hostcontrollers om met volledige bandbreedte vanaf vier USB3-camera's te streamen.

Deep Learning CPU versus GPU-prestaties

Deep learning-algoritmen werken erg traag op reguliere processors in vergelijking met GPU's. Waar snellere inferentie een must is, zijn GPU's de betere optie, zelfs wanneer afbeeldingen eerst naar de cloud worden gestuurd voor verwerking, aangezien inferentie in de cloud doorgaans de prijsbewuste keuze is waar edge computing niet bedrijfskritisch is.

Een andere optie om deep learning-inferentie uit te voeren op embedded systemen is het gebruik van een inferentie-compatibele camera die het inferentiemodel op de camera zelf kan uitvoeren, wat ook kan helpen de verwerkingsvereisten van het hostsysteem te ontlasten.

Met deze negen kernfactoren in gedachten, zal het integreren van de juiste MV op bordniveau met de juiste functieset hopelijk veel gemakkelijker worden, waardoor ontwerpershoofdpijn en ontwerptijd worden verminderd terwijl de algehele producttoepassing wordt verbeterd.

Industrieartikelen zijn een vorm van inhoud waarmee branchepartners nuttig nieuws, berichten en technologie kunnen delen met lezers van All About Circuits op een manier waarop redactionele inhoud niet goed geschikt is. Alle brancheartikelen zijn onderworpen aan strikte redactionele richtlijnen met de bedoeling de lezers nuttig nieuws, technische expertise of verhalen te bieden. De standpunten en meningen in brancheartikelen zijn die van de partner en niet noodzakelijk die van All About Circuits of zijn schrijvers.