功能強(qiáng)大的精簡型單板計算機(jī)的推出帶動了一些新產(chǎn)品的設(shè)計，在通過小型化優(yōu)化成本及效率的應(yīng)用中，它的效用尤為明顯。另外，視覺系統(tǒng)可以利用功能全面的板級機(jī)器視覺攝像頭進(jìn)一步縮小產(chǎn)品總體尺寸并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行靈活性，同時還支持定制或非標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)部件。它們被用于：醫(yī)療診斷、計量、機(jī)器人技術(shù)、嵌入式視覺、包裝和印刷檢查、手持式掃描儀、臺式實(shí)驗(yàn)室和其他空間受限的系統(tǒng)等。
今天就給大家詳細(xì)解析下，選擇嵌入式視覺攝像頭時，需要考慮的各個重要步驟，比如：功能組、外形因素和物理占用空間、接口選項(xiàng)、透鏡支架、軟件支持、熱管理以及電磁兼容性等。
外形因素和功能組
從封裝相機(jī)轉(zhuǎn)換為板級相機(jī)時，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)認(rèn)真考慮其成像和相機(jī)性能要求。許多小型板級相機(jī)僅支持低分辨率傳感器、少量GPIO線路，并對相機(jī)的內(nèi)部功能有限制。相反，許多全功能機(jī)器視覺相機(jī)的板級型號僅僅是拆除了外殼的標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)。雖然這些相機(jī)可以達(dá)到所需的成像性能，但它們的尺寸可能不會比標(biāo)準(zhǔn)封裝型號小巧多少。這類相機(jī)經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)的GPIO和接口連接器，因體積較大而不適合嵌入式應(yīng)用。例如，傳統(tǒng)工業(yè)鎖定連接器的尺寸便與一臺Blackfly S板級攝像頭一般大小。
FLIR Blackfly S板級攝像頭
FLIR 的 Blackfly S板級攝像頭整體上就是為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計。它們的外形尺寸十分緊湊，僅為29mmx29mmx10mm，可提供相同的成像性能和封裝式Blackfly S型號的完整豐富功能;而緊湊型GPIO和接口連接器則額外節(jié)省了空間。FLIR嵌入式視覺攝像頭產(chǎn)品的另一重要優(yōu)勢是使用1/3”至1.1”尺寸傳感器的所有攝像頭都使用相同的外形尺寸，多種攝像頭型號采用一致的外形系數(shù)簡化了系統(tǒng)及未來產(chǎn)品變型的開發(fā)與升級。
透鏡支架
對于希望集成非標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)元件或?qū)D像傳感器盡可能靠近目標(biāo)放置的客戶而言，板級相機(jī)是一個具有吸引力的選擇。板級相機(jī)沒有固定的透鏡支架，設(shè)計人員可自由選擇光學(xué)元件，而機(jī)器視覺行業(yè)通常不使用標(biāo)準(zhǔn)的C、CS或S接口透鏡。對于通常無需透鏡的生物技術(shù)和激光束分析應(yīng)用，這種設(shè)計也非常適合。板級攝像頭的另一種常見應(yīng)用是將透鏡支架集成到另一產(chǎn)品部件中，因此稱之為“嵌入式視覺。另外，采用模塑成型的方式將透鏡支架直接集成到產(chǎn)品外殼可有效簡化制造和組裝，從而進(jìn)一步降低成本。為了評估未配備透鏡支架的板級相機(jī)，還應(yīng)購買安裝配件。如果封裝型號具有與板級型號相同的傳感器和功能，它們便可用作開發(fā)平臺。
為板級攝像頭選擇正確的透鏡支架選件時，其中一個最重要的因素是所使用的傳感器的尺寸。通常，S型支架透鏡設(shè)計用于1/3"或更小的低分辨率(通常低于2MP)傳感器。CS型支架透鏡則設(shè)計用于1/3”至1/2”的傳感器，如果傳感器尺寸是1/2”或以上，最好使用C型支架透鏡。
熱管理
封裝機(jī)器視覺相機(jī)依靠其外殼表面區(qū)域來消散傳感器、FPGA和其他組件產(chǎn)生的熱量。如果沒有外殼，對高性能板級相機(jī)可能會有其他設(shè)計要求，從而確保其在推薦溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。這種情況下，提供足夠的散熱是關(guān)鍵所在。制造商通常會為溫度最高的組件提供最高結(jié)溫。對于FLIR Blackfly S攝像頭來說，規(guī)定的FPGA的最高結(jié)溫為105 ℃(221 ℉)。
系統(tǒng)設(shè)計人員必須確保其熱管理解決方案符合此指標(biāo)。散熱器尺寸、相機(jī)所安裝的機(jī)架表面積或所需主動散熱器的類型取決于傳感器、幀速率、運(yùn)行環(huán)境及正在執(zhí)行的相機(jī)圖像處理數(shù)量。為便于在攝像頭上安裝散熱器，我們推薦在導(dǎo)熱墊上使用散熱膏，盡可能減少對攝像頭的板應(yīng)力。
外殼設(shè)計和快速原型制作
多數(shù)情況下，板級攝像頭直接集成到嵌入式視覺系統(tǒng)/產(chǎn)品中，不需要外殼。但對于攝像頭不與某一產(chǎn)品集成而使內(nèi)部暴露在元件下的應(yīng)用，可能有必要通過外殼防止損壞。快速原型制作中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師可以用 3D 打印機(jī)輕松設(shè)計打印一個攝像頭外殼，或使用足以容納攝像頭的通用塑料外殼，然后通過墊片和安裝支架將攝像頭安裝到位。
接口和連接器
第一代USB 3.1是嵌入式系統(tǒng)的理想接口，其通用化功能可確保為從臺式計算機(jī)到基于ARM處理器的單板計算機(jī) (SBC) 等各類硬件提供支持。直接存儲器訪問 (DMA) 無需使用過濾器驅(qū)動程序，便可將延遲保持在最低限度。第一代USB 3.1還采用單根電纜供電并可提供高達(dá)480 MB/s的數(shù)據(jù)吞吐量，有效地簡化了機(jī)械和電氣設(shè)計。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員的一個重要目的包括現(xiàn)有設(shè)計的小型化。在這種情況下，電纜最大長度就遠(yuǎn)不如電纜和連接器體積重要。撓性印制電路 (FPC) 電纜采用長達(dá)30米的電纜，支持第一代USB 3.1。FPC電纜顧名思義指的是可以彎曲扭轉(zhuǎn)以適應(yīng)緊密包裝系統(tǒng)的電纜。另外，高品質(zhì)鎖定連接器和帶鎖凸耳的FPC屏蔽電纜可確保高度安全、可靠的連接。
不過USB 3.1接口有一個潛在的弊病，它的高頻信號會對無線設(shè)備造成高達(dá)5 GHz的干擾(如GPS信號)。對于使用此類無線頻率的應(yīng)用，我們也提供帶GigE接口的FLIR板級攝像頭。
MIPI CSI是另一種許多嵌入式主板使用的通用接口。但與USB相比，MIPI協(xié)議和驅(qū)動程序的復(fù)雜性可能會使得開發(fā)更加耗時。基于低壓差分信號 (LVDS) 的接口同樣可用，而且專為直接連接主機(jī)端FPGA而設(shè)計;但每個信號傳輸通道需要兩條電線，這在某些應(yīng)用中是一個微小卻又重大的弊端。
軟件支持與電磁兼容性
選擇用于嵌入式系統(tǒng)的相機(jī)時，軟件支持是一個不容忽視的重要考慮因素。有了支持臺式和嵌入式系統(tǒng)的SDK，設(shè)計人員能夠通過熟悉的工具輕松自如地開發(fā)視覺應(yīng)用程序，并輕松地將其部署到所選擇的嵌入式平臺上。FLIR的Spinnaker SDK可為基于x86、x64和ARM處理器的Windows和Linux臺式系統(tǒng)提供支持。
如果沒有外殼提供的屏蔽作用，板級相機(jī)的電磁兼容性 (EMC) 與封裝型號會有所差異。所有封裝的 FLIR機(jī)器視覺攝像頭均經(jīng)過了EMC認(rèn)證，不過板級攝像頭尚未進(jìn)行該認(rèn)證。這些板級攝像頭要嵌入其他產(chǎn)品/系統(tǒng)，因此需單獨(dú)對成品進(jìn)行認(rèn)證。無論是哪種應(yīng)用，我們都建議它們和其他電氣組件那樣遵循電磁干擾 (EMI) 管理最佳實(shí)踐。
板級攝像頭對嵌入式視覺系統(tǒng)的革新，使緊湊多功能的創(chuàng)新性產(chǎn)品的設(shè)計更加自由和靈活。除上述提出的因素外，還要注意使用高質(zhì)量傳感器、光學(xué)元件和可靠部件，讓您的嵌入式系統(tǒng)適應(yīng)未來。FLIR 的全系列板級攝像頭專為這些應(yīng)用而設(shè)計，提供業(yè)界領(lǐng)先的3年質(zhì)保。
