板级机器视觉摄像机集成应考虑的九个因素

在产品中利用基于机器视觉的人工智能的能力要求能够将全功能、板级机器视觉摄像头设计成更小、更强大的组件，从而提供从电缆到镜头选择的更大的灵活性，此外还可以为新产品和系统减小尺寸。更重要的是，利用板级摄像头可以直接访问核心摄像头组件，从而更容易散热，并可用于多种用途：医疗诊断、计量学、机器人学、嵌入式视觉、包装和打印检查、手持扫描仪、台式实验室和其他空间受限系统。

图1板级摄像机可以用多种方式使用，但也有一些设计因素需要考虑。

但选择合适的嵌入式视觉摄像头完全是另一个问题。在某些情况下，现成的摄像机会很好地工作，因为板级摄像机通常更容易受到静电放电（ESD）和物理损伤，更不用说这种选择通常需要更多的设计努力、设计专业知识和潜在的更高的费用。

为了帮助确定给定项目所需的功能和设计元素的正确组合，在选择和设计嵌入式机器视觉（mv）摄像机时，需要考虑九个关键因素：

1. 特征集和形状因子

2. 透镜安装

3. 快速原型的实例设计

4. 热管理

5. 接口和连接器

6. MIPI摄像机与标准MV摄像机

7. 电磁兼容性

8. 现成板

9. 深度学习CPU与GPU性能

让我们更详细地看一下这些因素。

在正确的功能和相机的物理占用之间取得平衡，包括使用紧凑的GPIO和接口连接器来节省空间。通常，许多全功能MV摄像机的板级变体只是标准摄像机，去掉了它们的外壳，这需要考虑到设计中。此外，板级摄像机提供了更大的灵活性，以定制FPC电缆长度，以及共享电缆设计文件的选项。

由于没有固定的镜头安装，板卡级相机让设计师可以自由选择除了MV行业常用的标准C、CS或S型安装镜头之外的光学元件。

使透镜支架能够集成到另一个产品部件中，甚至直接将透镜座成型到产品外壳中，可以通过简化制造和装配来进一步降低成本。但是，如果首选标准安装透镜，则应使用S型安装架来安装三分之一英寸或更小分辨率的传感器，例如2MP。对于尺寸为1/3到1英寸的传感器，通常建议使用CS安装架，对于1英寸或更大的传感器，建议使用C安装架。

板级摄像机通常不包括外壳，但在摄像机不会集成到产品中的应用中，因此相机内部暴露在元件中，可能需要使用外壳。

对于快速原型，利用现有的CAD模型和3D打印机，或使用通用塑料盒，可以封装相机，并使用垫片和安装支架将相机安装到位。

在任何情况下，高性能板级摄像机可能会有额外的设计要求，以确保它们在建议的温度范围内工作。为了避免损坏摄像机，所报告的摄像机温度需要保持在传感器/FPGA等关键部件的最高温度以下。在这种情况下，提供足够的散热是关键。推荐的选择是使用热糊状物或油灰，而不是使用热垫，以尽量减少对相机的板应力。

USB3.1 Gen 1是嵌入式系统的理想接口。然而，USB接口的最大缺点是1.30兆赫的USB接口电缆的潜在干扰长度可达1.30兆赫。在这种情况下，一个GigE接口或更复杂的MIPI CSI接口可以工作。

与标准MV摄像机相比，上述MIPI摄像机的价格更低，可能高达50%或更高，但由于缺乏FPGA，降低的价格包含的功能更少。

典型的MIPI相机通常提供原始传感器输出，几乎没有图像处理或增强（例如，平场校正、瑕疵像素校正、固定模式噪声校正等），需要额外的工作来改善图像质量。最重要的是，MIPI通常需要使用支持MIPI摄像机的嵌入式系统，而USB3/GigE MV摄像机可以用在ARM板和标准台式机上。

如果没有机箱提供的屏蔽，板级摄像头的电磁兼容性（EMC）将与机箱型号不同。由于这些板级摄像机嵌入到其他产品或系统中，最终产品需要单独认证。

一些供应商还为嵌入式板开发自己的载体或arm载体解决方案。ARM处理器和载体板使集成商更容易购买现成的解决方案，而不需要定制板，从而节省时间和金钱。

根据设计要求，可购买并配置多达四个或更多个USB3主机控制器，以全带宽从四个USB3摄像头传输。

与gpu相比，深度学习算法在常规处理器上运行得非常慢。在必须加快推断速度的情况下，gpu是更好的选择，即使图像首先被发送到云中进行处理，因为在云中进行推断通常是一种成本意识很强的选择，边缘计算不是关键任务。

在嵌入式系统上运行深度学习推理的另一个选择是使用具有推理能力的摄像机，它可以在摄像机本身上运行推理模型，这也有助于减轻主机系统的处理需求。

考虑到这九个核心因素，将正确的板级MV与适当的特性集集成将有望变得更加容易，从而减少设计师的头痛和设计时间，同时改进整个产品应用程序。