Nueve factores a considerar para la integración de cámaras de visión artificial a nivel de placa

El aprovechamiento de las cámaras a nivel de placa ofrece una variedad de beneficios. Para ayudar a identificar la combinación correcta de características y elementos de diseño, aquí hay algunos factores a considerar al seleccionar y diseñar en una cámara de visión artificial integrada.

La capacidad de aprovechar la inteligencia artificial basada en visión artificial dentro de un producto requiere la capacidad de diseñar en una cámara de visión artificial a nivel de placa con todas las funciones en un paquete mucho más pequeño y poderoso, para brindar una mayor flexibilidad desde el cable hasta las opciones de lentes, en además de tamaño reducido para nuevos productos y sistemas. Además, el aprovechamiento de las cámaras a nivel de placa ofrece acceso directo a los componentes centrales de la cámara para una disipación de calor más fácil y se puede aprovechar en una variedad de usos:diagnóstico médico, metrología, robótica, visión integrada, inspección de empaque e impresión, escáneres de mano, de sobremesa laboratorios y otros sistemas con limitaciones de espacio.

Figura 1. Las cámaras a nivel de placa se pueden usar de varias formas, pero hay factores de diseño a considerar.

Pero elegir la cámara de visión incorporada correcta es otra cuestión completamente distinta. En algunos casos, una cámara estándar funcionará bien, ya que las cámaras a nivel de placa a menudo pueden ser más susceptibles a descargas electrostáticas (ESD) y daños físicos, y mucho menos el hecho de que esta opción generalmente requiere más esfuerzo de diseño, experiencia en diseño, y potencialmente más gastos.

Para ayudar a identificar la combinación correcta de características y elementos de diseño necesarios para un proyecto determinado, hay nueve factores clave a considerar al seleccionar y diseñar en una cámara de visión artificial (MV) integrada:

1. Conjunto de funciones y factor de forma
2. Montaje de lentes
3. Diseño de carcasa para creación rápida de prototipos
4. Gestión térmica
5. Interfaces y conectores
6. Cámaras MIPI versus cámaras MV estándar
7. Compatibilidad electromagnética
8. Tablas listas para usar
9. Rendimiento de CPU de aprendizaje profundo frente a GPU

Veamos cada uno de estos factores con más detalle.

Conjunto de funciones y factor de forma

Equilibre las funciones adecuadas con el espacio físico de la cámara, incluido el uso de conectores de interfaz y GPIO compactos para ahorrar espacio. A menudo, las variantes a nivel de placa de muchas cámaras MV con todas las funciones son simplemente cámaras estándar con sus estuches retirados, lo que debe tenerse en cuenta en el diseño. Además, las cámaras a nivel de placa brindan una mayor flexibilidad para personalizar la longitud del cable FPC junto con la opción de un archivo de diseño de cable compartido.

Montaje de la lente

Sin montura de lente fija, las cámaras de nivel de placa brindan a los diseñadores la libertad de seleccionar ópticas distintas de las lentes estándar C, CS o S-Mount que se usan comúnmente en la industria MV.

Permitir que la montura de la lente se integre en otra parte del producto, o incluso moldear un montículo de lente directamente en la carcasa de un producto, puede reducir aún más los costos al simplificar la fabricación y el ensamblaje. Sin embargo, si se prefieren las lentes de montura estándar, use la montura S para sensores de un tercio de pulgada o más pequeños con baja resolución, como 2MP. La montura CS se recomienda generalmente para sensores del orden de un tercio a una pulgada de tamaño, y la montura C para sensores de una pulgada o más.

Diseño de carcasa para creación rápida de prototipos

Las cámaras a nivel de placa a menudo no incluyen estuches, pero en aplicaciones donde la cámara no se integrará en un producto y, por lo tanto, las partes internas de la cámara quedan expuestas a los elementos, podría ser necesario un estuche.

Para la creación rápida de prototipos, aproveche los modelos CAD e impresoras 3D existentes, o use carcasas de plástico genéricas que puedan encapsular la cámara y montar la cámara en su lugar utilizando espaciadores y soportes de montaje.

Gestión térmica

Sin ningún caso, las cámaras de nivel de placa de alto rendimiento pueden tener requisitos de diseño adicionales para garantizar que funcionen dentro de su rango de temperatura recomendado. Para evitar dañar la cámara, la temperatura informada de la cámara debe permanecer por debajo de la temperatura máxima de los componentes clave, como el sensor / FPGA. En tales casos, proporcionar un disipador de calor adecuado es clave. La opción recomendada es el uso de pastas térmicas o masilla en lugar de almohadillas térmicas para minimizar la tensión de la placa en la cámara.

Interfaces y conectores

USB 3.1 Gen 1 es una interfaz ideal para sistemas integrados. Los cables de circuito impreso flexibles pueden admitir USB 3.1 Gen 1 en longitudes de cable de hasta 30 m. Sin embargo, un posible inconveniente de la interfaz USB 3.1 es que su señal de alta frecuencia puede causar interferencias en dispositivos inalámbricos de hasta 5 GHz. En este caso, una interfaz GigE podría funcionar o la interfaz MIPI CSI más compleja.

Cámaras MIPI versus cámaras MV estándar

Las cámaras MIPI antes mencionadas son menos costosas en comparación con las cámaras MV estándar, potencialmente hasta un 50 por ciento o más, pero ese precio reducido incluye menos funciones debido principalmente a la falta de FPGA.

Las cámaras MIPI típicas generalmente ofrecen una salida de sensor sin procesar con poco o ningún procesamiento o mejora de la imagen (por ejemplo, corrección de campo plano, corrección de píxeles de imperfecciones, corrección de ruido de patrón fijo, etc.), lo que requiere trabajo adicional para mejorar la calidad de la imagen. Lo más importante es que MIPI generalmente requiere el uso de sistemas integrados que admitan cámaras MIPI, mientras que las cámaras MV USB3 / GigE se pueden usar en placas ARM y PC de escritorio estándar por igual.

Compatibilidad electromagnética

Sin el blindaje proporcionado por un estuche, la compatibilidad electromagnética (EMC) de las cámaras a nivel de placa será diferente a los modelos con estuche. Como estas cámaras de placa están integradas en otros productos o sistemas, el producto final debe certificarse por separado.

Tableros listos para usar

Algunos proveedores también desarrollan sus propias soluciones de soporte o soporte de brazo para una placa integrada. Los procesadores ARM y la placa portadora facilitan a los integradores la compra de soluciones estándar en lugar de requerir una placa personalizada, para ahorrar tiempo y dinero.

Dependiendo de los requisitos del diseño, las placas se pueden comprar y configurar con hasta cuatro o más controladores de host USB3 para transmitir desde cuatro cámaras USB3 con el ancho de banda completo.

Rendimiento de CPU de aprendizaje profundo frente a GPU

Los algoritmos de aprendizaje profundo se ejecutan muy lentamente en procesadores normales en comparación con las GPU. Cuando es imprescindible realizar inferencias más rápidas, las GPU son la mejor opción, incluso cuando las imágenes se envían por primera vez a la nube para su procesamiento, ya que la inferencia en la nube suele ser la opción consciente de los costos cuando la computación perimetral no es fundamental para la misión.

Otra opción para ejecutar inferencias de aprendizaje profundo en sistemas integrados es utilizar una cámara con capacidad de inferencia que pueda ejecutar el modelo de inferencia en la propia cámara, lo que también puede ayudar a descargar los requisitos de procesamiento del sistema host.

Con estos nueve factores centrales en mente, es de esperar que la integración del MV correcto a nivel de placa con el conjunto de funciones adecuado sea mucho más fácil, lo que reducirá los dolores de cabeza del diseñador y el tiempo de diseño, al tiempo que se mejorará la aplicación general del producto.

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