科技论文
FLIR系统公司设计、开发、制造、销售和分销增强感知和意识的技术。我们是全球领先的高性能CMOS和CCD相机的设计和制造的工业，科学，医疗，交通和安全应用。我们的机器视觉摄像机提供一个独特的和全面的组合USB 3.1, GigE, 10GigE和火线摄像机以其卓越的质量，易用性和无与伦比的性价比而闻名。无论您是在设计水果检测机器，开发下一代机器人，还是创建系统来调查我们的城市，前视红外相机可以帮助您加速发展。FLIR的工业可见光相机结合了最先进的传感器和强大的功能，自动和精确的手动控制图像捕获和摄像头前处理。
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工业:
航空航天和农业航空航天、农业、汽车、生物识别/安全、消费品/电器、容器（玻璃、塑料、金属）、电子/电气部件、娱乐、金属制品、食品和饮料、玻璃、实验室设备和自动化、医疗设备、医疗成像、计量学、军事/国防，杂项制造、包装、制药、塑料、印刷和出版、机器人、橡胶、安全/监控、半导体、电信、纺织/服装、交通系统和运输
应用程序：
条形码/ OCR读数，组件验证和文档/存档条形码/ OCR阅读,组件验证、文档/存档,在校准过程,过程中验证,激光检测、激光测量、材料分析、材料处理、材料去除/切割/去毛刺/研磨/后检查,测量(非接触),医学成像,监控(基于视觉)、过程控制、质量保证、仿真/三维建模、光谱成像、监控、系统分析与验证、系统分析与验证、热成像、机器人视觉引导、视觉检测与测试、视觉检测与测试
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嵌入式愿景集成板级摄像机的Flirs指南
发表于10/01/2020.
|: FLIR
介绍
紧凑而功能强大的单板计算机的出现使得令人兴奋的新产品设计成为可能。这在小型化提高成本和/或效率的应用中特别有用。此外，视觉系统能够利用功能齐全的板级机器视觉摄像机进一步缩小产品的总体尺寸，并提供操作灵活性，同时支持定制或非标准光学器件。典型的例子包括医疗诊断学、计量学、机器人学、嵌入式视觉、包装和印刷检查、手持式扫描仪、台式实验室和其他空间受限系统。
在本文中，我们选择几个重要的方面考虑时，选择嵌入式视觉相机；这些包括功能集、外形尺寸和物理足迹、接口选项、镜头安装、软件支持、热管理和电磁兼容性。
形状因子和特征集
当从外壳摄像机过渡到板级摄像机时，系统设计师应该仔细考虑他们的成像和摄像机性能要求。许多小板级相机只支持低分辨率传感器，少数GPIO线，和有限的摄像头功能。相反，许多全功能的机器视觉摄像机的板级变异体是简单的标准摄像机与他们的情况下删除。虽然这些相机可以实现所需的成像性能，但它们可能不会比标准外壳模型小很多。这类相机经常使用标准的GPIO和接口连接器，这些连接器体积庞大，不适合嵌入式应用。例如，典型的工业锁定连接器本身的大小大约相当于一个Blackfly S板级相机。
Flir的Blackfly S板级相机是从嵌入式系统的嵌入式系统设计的。它们在外壳的Blackfly S型号上提供相同的成像性能和丰富的功能设置，以非常紧凑的29mm x 29mm x 10mm形状因子;虽然紧凑的GPIO和接口连接器产生额外的空间节省。Another important benefit to FLIR’s embedded vision camera line-up is the availability of the same form factor on all cameras ranging with sensors from 1/3” to 1.1” - a consistent form factor across multiple camera models makes developing and upgrading systems and future product variants extremely easy.
镜头安装
板级相机是一个有吸引力的选择客户寻求集成非标准光学或放置图像传感器尽可能接近他们的目标。由于没有固定的镜头安装，板级相机给设计师自由选择光学，而不是标准的C, CS或S-Mount镜头通常使用在机器视觉行业。该设计也适用于生物技术和激光束轮廓;经常不使用镜头的应用程序。板级相机的另一个常见应用是使镜头支架集成到另一个产品部分-因此术语“嵌入式视觉相机”。此外，模压透镜堆直接到一个产品的外壳可以进一步降低成本，简化制造和组装。为了评估一个板水平的相机，这不是一个镜头安装，安装配件也应该购买。如果外壳模型与板级模型具有相同的传感器和功能，这些可以用作开发平台。
当选择板级相机的正确镜头安装选项时，要考虑的最重要因素之一是所使用的传感器的大小。一般来说，S型安装透镜设计用于1/3英寸或更小分辨率较低的传感器，通常小于2MP。另一方面，CS安装透镜设计用于1/3“到1/2”之间的传感器。如果传感器为1/2英寸或更大，最好使用C型安装透镜。
热管理
外壳式机器视觉摄像机依靠外壳的表面积来散热传感器、FPGA和其他组件产生的热量。如果没有机箱，高性能板级摄像机可能有额外的设计要求，以确保它们在推荐的温度范围内运行。在这种情况下，提供足够的散热是关键。制造商通常会为这种最高温度的组件提供一个最大结温。在FLIR Blackfly S摄像机上，FPGA的最大结温被指定为105摄氏度(221华氏度)。
系统设计人员必须确保其热管理解决方案符合本指南。散热器的尺寸，底盘的表面区域安装到，所需的有源冷却器的类型将取决于传感器，帧速率，操作环境和正在进行的摄像机图像处理的量。为了将散热器安装在相机上，我们建议使用热焊膏在热焊盘上以最小化相机上的电路板应力。
案例设计与快速成型
在大多数情况下，板级相机直接集成到嵌入式视觉系统/产品中，并且不需要案例。但是，对于未将相机集成到产品中的应用，因此将相机内部留下暴露于元件，可能需要防止损坏。对于快速原型设计，嵌入式系统设计人员可以使用3D打印机轻松设计和打印相机的外壳，或使用可使用封装相机的通用塑料盒，并使用垫圈和安装支架将相机安装到位。
接口和连接器
USB 3.1 Gen 1是嵌入式系统的理想界面。它的泛滥保证了各种硬件的支持 - 从台式PC到基于ARM的单板计算机（SBC）。直接内存访问（DMA）将延迟保持在最低限度，而无需过滤驱动程序。USB 3.1 Gen 1还通过单个电缆提供功率和高达480 MB的数据吞吐量，简化机械和电气设计。
嵌入式系统设计人员的一个关键目标通常需要小型化现有设计。在这些情况下，最大电缆长度远低于电缆和连接器的体积。柔性印刷电路（FPC）电缆可以通过电缆长度高达30米的电缆长度支持USB 3.1 Gen 1。顾名思义，FPC电缆均为柔性，可以弯曲和扭转以适合紧密包装的系统。此外，高质量的锁定连接器和带锁定标签的屏蔽FPC电缆可确保高度安全可靠的连接。
然而，USB 3.1接口的一个潜在缺点是，它是一个高频信号，可以导致干扰无线设备高达5ghz(例如GPS信号)。对于利用这种无线频率的应用程序，我们也提供具有GigE接口的前视红外板级摄像机。
MIPI CSI是许多嵌入式电路板上的另一个通用接口。然而，与USB相比，MIPI协议和驱动器的复杂性可以使开发更加耗时。基于低压差分信令（LVDS）的接口也可用，并设计成直接与主机侧FPGA接口;然而，每个信号传输通道需要两根线 - 在某些应用中的一个小但重要的缺点。
软件支持
在嵌入式系统中选择摄像机时，软件支持是一个不容忽视的重要因素。一个同时支持桌面和嵌入式系统的SDK使设计者可以自由地在熟悉的工具上开发vison应用程序，并轻松地将其部署到自己选择的嵌入式平台上。Flir的Spinnaker SDK在x86、x64和基于ARM的系统上提供对桌面Windows和Linux的支持。
电磁兼容
如果没有外壳提供的屏蔽，板级相机的电磁兼容性（EMC）将不同于外壳型号。FLIR的所有带外壳机器视觉摄像头均通过EMC认证；然而，板级摄像机并非如此。由于这些板级摄像头嵌入到其他产品/系统中，最终产品需要单独认证。不管应用情况如何，始终建议遵循电磁干扰（EMI）管理的最佳实践，就像任何其他电气部件一样。
结论
板级摄像机是革命性的嵌入式视觉系统提供了自由和灵活性，设计创新的产品，是紧凑和多功能的。除了文章中所涉及的因素之外，考虑使用高质量的传感器、光学元件和可靠的组件来对未来的嵌入式系统进行考虑也是很重要的。FLIR的整个系列的板级摄像头都是为此类应用而精心设计的，并提供业界领先的3年保修。我们的机器视觉专家可以帮助您为您的嵌入式系统选择合适的成像性能和形状因素。