Nove fatores a serem considerados para integração de câmera de visão de máquina no nível da placa

Câmeras de nível de quadro de alavancagem oferecem uma variedade de benefícios. Para ajudar a identificar a combinação certa de recursos e elementos de design, aqui estão alguns fatores a serem considerados ao selecionar e projetar uma câmera de visão de máquina incorporada.

A capacidade de alavancar a inteligência artificial baseada em visão mecânica em um produto requer a capacidade de projetar uma câmera de visão mecânica de nível de placa com todos os recursos em um pacote muito menor e poderoso, para fornecer maior flexibilidade desde o cabo até as opções de lente, em além de tamanho reduzido para novos produtos e sistemas. Além disso, as câmeras de nível de placa oferecem acesso direto aos componentes principais da câmera para uma dissipação de calor mais fácil e podem ser aproveitadas em uma variedade de usos:diagnósticos médicos, metrologia, robótica, visão incorporada, embalagem e inspeção de impressão, scanners portáteis, bancada laboratórios e outros sistemas com restrição de espaço.

Figura 1. As câmeras no nível da placa podem ser usadas de várias maneiras, mas há fatores de design a serem considerados.

Mas escolher a câmera de visão embutida certa é outra questão. Em alguns casos, uma câmera de prateleira funcionará bem, já que câmeras de nível de placa podem muitas vezes ser mais suscetíveis a descargas eletrostáticas (ESD) e danos físicos, sem falar do fato de que essa opção normalmente requer mais esforço de design, experiência em design, e potencialmente mais despesas.

Para ajudar a identificar a combinação certa de recursos e elementos de design necessários para um determinado projeto, existem nove fatores-chave a serem considerados ao selecionar e projetar em uma câmera de visão de máquina (mv) incorporada:

1. Conjunto de recursos e fator de forma
2. Montagem da lente
3. Design de capa para prototipagem rápida
4. Gerenciamento térmico
5. Interfaces e conectores
6. Câmeras MIPI versus câmeras MV padrão
7. Compatibilidade eletromagnética
8. Placas prontas para uso
9. CPU de aprendizado profundo versus desempenho de GPU

Vamos examinar cada um desses fatores com mais detalhes.

Conjunto de recursos e fator de forma

Equilibre os recursos certos com a pegada física da câmera, incluindo o uso de GPIO compacto e conectores de interface para economizar espaço. Freqüentemente, as variantes de nível de placa de muitas câmeras MV com recursos completos são simplesmente câmeras padrão com seus invólucros removidos, o que precisa ser levado em consideração no design. Além disso, as câmeras no nível da placa fornecem maior flexibilidade para personalizar o comprimento do cabo FPC junto com a opção de um arquivo de design de cabo compartilhado.

Montagem da lente

Sem montagem de lente fixa, as câmeras de nível de placa oferecem aos designers a liberdade de selecionar lentes diferentes das lentes C, CS ou S-Mount padrão comumente usadas na indústria de MV.

Permitir que a montagem da lente seja integrada em outra parte do produto, ou mesmo moldar um monte de lente diretamente na caixa de um produto, pode reduzir ainda mais os custos, simplificando a fabricação e montagem. No entanto, se as lentes de montagem padrão forem preferidas, use a montagem S para sensores de um terço de polegada ou menor com baixa resolução, como 2MP. A montagem CS é normalmente recomendada para sensores na ordem de um terço a uma polegada de tamanho, e a montagem C para sensores de uma polegada ou mais.

Design de caso para prototipagem rápida

Câmeras de nível de placa geralmente não incluem estojos, mas em aplicações onde a câmera não será integrada a um produto e, portanto, as partes internas da câmera são deixadas expostas aos elementos, um estojo pode ser necessário.

Para uma prototipagem rápida, aproveite as vantagens dos modelos CAD e impressoras 3D existentes ou use caixas de plástico genéricas que podem encapsular a câmera e montá-la no lugar usando espaçadores e suportes de montagem.

Gerenciamento térmico

Sem nenhum caso, as câmeras de nível de placa de alto desempenho podem ter requisitos de design adicionais para garantir que estejam operando dentro da faixa de temperatura recomendada. Para evitar danos à câmera, a temperatura informada da câmera precisa ficar abaixo da temperatura máxima dos componentes principais, como o sensor / FPGA. Nesses casos, fornecer um dissipador de calor adequado é fundamental. A opção recomendada é o uso de pastas térmicas ou massa versus almofadas térmicas para minimizar o estresse da placa na câmera.

Interfaces e conectores

USB 3.1 Gen 1 é uma interface ideal para sistemas embarcados. Cabos de circuito impresso flexíveis podem suportar USB 3.1 Gen 1 em comprimentos de cabo de até 30 m. No entanto, uma desvantagem potencial da interface USB 3.1 é que seu sinal de alta frequência pode causar interferência em dispositivos sem fio de até 5 GHz. Nesse caso, uma interface GigE pode funcionar ou a interface MIPI CSI mais complexa.

Câmeras MIPI versus câmeras MV padrão

As câmeras MIPI mencionadas são menos caras em comparação com as câmeras MV padrão, potencialmente até 50 por cento ou mais, mas esse preço reduzido inclui menos recursos, principalmente devido à falta de FPGA.

As câmeras MIPI típicas geralmente oferecem saída de sensor bruto com pouco ou nenhum processamento de imagem ou aprimoramento (por exemplo, correção de campo plano, correção de pixel de mancha, correção de ruído de padrão fixo, etc.), exigindo trabalho adicional para melhorar a qualidade da imagem. Mais importante ainda, o MIPI geralmente requer o uso de sistemas embarcados que suportam câmeras MIPI, enquanto as câmeras USB3 / GigE MV podem ser usadas em placas ARM e em PCs desktop padrão.

Compatibilidade eletromagnética

Sem a blindagem fornecida por uma caixa, a compatibilidade eletromagnética (EMC) das câmeras de nível de placa será diferente dos modelos com caixa. Como essas câmeras de nível de placa são incorporadas a outros produtos ou sistemas, o produto final precisa ser certificado separadamente.

Placas prontas para uso

Alguns fornecedores também desenvolvem suas próprias soluções de portadora ou portadora de arma para uma placa embarcada. Os processadores ARM e a placa transportadora tornam mais simples para os integradores a compra de soluções prontas para uso, em vez de exigir uma placa personalizada, para economizar tempo e dinheiro.

Dependendo dos requisitos do projeto, as placas podem ser adquiridas e configuradas com até quatro ou mais controladores host USB3 para transmitir de quatro câmeras USB3 em largura de banda total.

CPU de aprendizado profundo versus desempenho da GPU

Algoritmos de aprendizado profundo são executados muito lentamente em processadores regulares em comparação com GPUs. Onde a inferência mais rápida é uma necessidade, as GPUs são a melhor opção, mesmo quando as imagens são enviadas pela primeira vez para a nuvem para processamento, uma vez que a inferência na nuvem é normalmente a escolha econômica onde a computação de ponta não é crítica.

Outra opção para executar inferência de aprendizado profundo em sistemas embarcados é usar uma câmera com capacidade de inferência que pode executar o modelo de inferência na própria câmera, o que também pode ajudar a descarregar os requisitos de processamento do sistema host.

Com esses nove fatores principais em mente, a integração do MV correto no nível da placa com o conjunto de recursos apropriado se tornará muito mais fácil, reduzindo as dores de cabeça do designer e o tempo de design enquanto melhora a aplicação geral do produto.

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