板级摄像头集成指南

板级摄像头集成指南

强大的精简单板计算机的推出催生了令人兴奋的新产品设计。在成本和(或)效率的小型优化应用中，其效用尤为明显。此外，视觉系统还可以使用功能全面的板机视觉摄像头进一步缩小产品的整体尺寸，实现运行灵活性，并支持定制或非标准光学部件。典型的例子包括：医学诊断、测量、机器人技术、嵌入式视觉、包装和印刷检查、手持式扫描仪、台式实验室等空间有限的系统。

【导读】功能强大的精简型单板计算机的推出催生了令人兴奋的新产品设计。在成本和(或)效率的小型优化应用中，其效用尤为明显。此外，视觉系统还可以使用功能全面的板机视觉摄像头进一步缩小产品的整体尺寸，实现运行灵活性，并支持定制或非标准光学部件。典型的例子包括：医学诊断、测量、机器人技术、嵌入式视觉、包装和印刷检查、手持式扫描仪、台式实验室等空间有限的系统。

本文涵盖了选择嵌入式视觉摄像头时需要考虑的几个重要方面，包括功能组、持、热管理和电磁兼容性等几个重要方面。

外观因素和功能组

系统设计师在将包装相机转换为板级相机时，应认真考虑其成像和相机性能要求。许多小型板级相机只支持低分辨率传感器 GPIO 相机内部功能有限。相反，许多全功能机器视觉相机的板级型号只是标准的标准相机。尽管这些相机可能会达到所需的成像性能，但它们的尺寸可能不会比标准封装型号小多少。这种相机通常使用标准 GPIO 由于体积大，与接口连接器不适合嵌入式应用。例如，传统工业锁定连接器的尺寸是一个 Blackfly S 板级摄像头的一般尺寸。

FLIR的 Blackfly S 板级摄像头整体设计为嵌入式系统。它们的外观尺寸非常紧凑，只是为了 29mm x 29mm x 10mm，可提供相同的成像性能和包装类型 Blackfly S 型号完整丰富；紧凑型 GPIO 接口连接器节省了额外的空间。FLIR 嵌入式视觉摄像头产品的另一个重要优点是使用 1/3” 至 1.1” 由于外观系数相同，尺寸传感器的所有摄像头都具有良好的可用性——各种摄像头型号采用相同的外观系数，简化了系统和未来产品变型的开发和升级。

透镜支架

板级相机对于希望集成非标准光学元件或尽可能靠近目标的客户来说是一个有吸引力的选择。板级相机没有固定的透镜支架，设计师可以自由选择除机器视觉行业常用的标准 C、CS 或 S 光学元件以外的光学元件。这种设计也非常适合通常不需要透镜的生物技术和激光束分析应用。板级摄像头的另一个常用应用是将透镜支架集成到另一个产品部件中——嵌入式视觉摄像头的名称。此外，将透镜支架直接集成到产品外壳中，可以有效简化制造和组装，进一步降低成本。还应购买安装配件，以评估未配备透镜支架的板级相机。若包装型号具有与板级型号相同的传感器和功能，则可作为开发平台使用。

在为板级摄像头选择正确的透镜支架时，最重要的因素之一是所使用的传感器的尺寸。S 用于设计型支架透镜 1/3" 或更小的低分辨率(通常低于 2MP）传感器。CS 设计型支架透镜 1/3” 至 1/2” 如果传感器的大小是 1/2” 或以上，最好使用 C 型支架透镜。

热管理

封装机视觉相机依靠其外壳表面区域来消散传感器FPGA其它部件产生的热量。若无外壳，可对高性能板级相机有其它设计要求，以保证其在推荐温度范围内运行。在这种情况下，提供足够的散热是关键。制造商通常为温度最高的组件提供最高的结温。对于FLIR Blackfly S 相机，规定 FPGA 的最高结温为 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此指标。散热器的尺寸、安装在相机上的框架表面积或所需的主动散热器的类型取决于传感器、帧速率、运行环境和正在执行的相机图像处理的数量。为了在相机上安装散热器，我们建议在导热垫上使用散热膏，以尽可能减少板对相机的应力。

外壳设计和快速原型生产

在大多数情况下，板级摄像头直接集成到没有外壳的嵌入式视觉系统/产品中。但是，可能有必要通过外壳防止相机不与某个产品集成而暴露在元件下的应用程序损坏。嵌入式系统设计师可以在快速原型生产中使用 3D 打印机很容易设计和打印摄像头外壳，或者使用足够容纳摄像头的通用塑料外壳，然后通过垫片和安装支架将摄像头安装到位。

接口和连接器

第一代 USB 3.1 是嵌入式系统的理想接口。其通用化功能可以保证从台式计算机到基础ARM单板计算机处理器 (SBC) 支持各种硬件。直接访问存储器 (DMA) 延迟可以保持在最低限度，而无需使用过滤器驱动程序。第一代 USB 3.1 还使用单根电缆供电，可提供高达 480 MB/s 数据吞吐量有效地简化了机电设计。

嵌入式系统设计师的嵌入式系统设计师的一个重要目的。在这种情况下，电缆的最大长度远不如电缆和连接器的体积重要。柔性印刷电路 (FPC) 电缆长达 30 米电缆支持第一代 USB 3.1。FPC 顾名思义，电缆是指适应紧密包装系统的电缆。此外，高质量锁定连接器和带锁凸耳的连接器 FPC 屏蔽电缆可以保证高度安全可靠的连接。

不过 USB 3.1 界面有一个潜在的缺点，它的高频信号会导致无线设备高达 5 GHz 的干扰（如GPS信号)。我们还提供使用此类无线频率的应用程序 GigE 接口的 FLIR 板级摄像头。

MIPI CSI 它是许多嵌入式主板使用的另一个通用接口。 USB 相比，MIPI 协议和驱动程序的复杂性可能会使开发更耗时。基于低压差信号 (LVDS) 接口也可用，专门直接连接主机端 FPGA 而设计；但每个信号传输通道都需要两条电线——这在某些应用中是一个小而重要的缺点。

软件支持

软件支持是选择嵌入式系统相机时不可忽视的重要考虑因素。支持台式和嵌入式系统 SDK，设计师可以通过熟悉的工具轻松地开发视觉应用程序，并将其部署到所选的嵌入式平台上。FLIR 的 Spinnaker SDK 可为基于 x86、x64 和 ARM 处理器的 Windows 和 Linux 支持台式系统。

电磁兼容性

如果没有外壳提供的屏蔽，板级相机的电磁兼容性 (EMC) 与包装型号不同。所有封装的 FLIR 机器视觉摄像头都经过了。 EMC 认证；不过板级摄像头尚未进行该认证。其他产品/系统应嵌入这些板级摄像头，因此需要单独认证成品。无论是哪种应用，我们都建议它们遵循电磁干扰，如其他电气组件 (EMI) 管理最佳实践。

结论

板级摄像头对嵌入式视觉系统的创新，使紧凑多功能创新产品的设计更加自由灵活。除本文提出的因素外，还应注意使用高质量的传感器、光学元件和可靠的元件，使您的嵌入式系统适应未来。FLIR 的全系列板级摄像头专为这些应用而设计，提供业界领先的 3 年质保。我们的机器视觉专家可以帮助您为嵌入式系统选择正确的成像性能和外观因素等级 - 了解更多。