ボードレベルのマシンビジョンカメラの統合について考慮すべき9つの要素

ボードレベルのカメラを活用すると、さまざまなメリットがあります。機能と設計要素の適切な組み合わせを特定するために、組み込みマシンビジョンカメラを選択して設計する際に考慮すべきいくつかの要素があります。

製品内でマシンビジョンベースの人工知能を活用するには、フル機能のボードレベルのマシンビジョンカメラをはるかに小型で強力なパッケージに設計して、ケーブルからレンズの選択までの柔軟性を高める必要があります。新製品やシステムの小型化に加えて。さらに、ボードレベルのカメラを活用すると、コアカメラコンポーネントに直接アクセスして熱放散を容易にし、医療診断、計測、ロボット工学、組み込みビジョン、パッケージングおよび印刷検査、ハンドヘルドスキャナー、ベンチトップなど、さまざまな用途で活用できます。ラボおよびその他のスペースに制約のあるシステム。

図1。 ボードレベルのカメラはさまざまな方法で使用できますが、考慮すべき設計要素があります。

しかし、適切な埋め込み型ビジョンカメラを選択することはまったく別の問題です。場合によっては、ボードレベルのカメラは静電気放電（ESD）や物理的損傷の影響を受けやすいため、既製のカメラで問題なく動作することがあります。このオプションでは通常、より多くの設計作業、設計の専門知識が必要になることは言うまでもありません。そして潜在的により多くの費用。

特定のプロジェクトに必要な機能と設計要素の適切な組み合わせを特定するために、組み込みマシンビジョン（mv）カメラで選択および設計する際に考慮すべき9つの重要な要素があります。

1. 機能セットとフォームファクター
2. レンズマウント
3. ラピッドプロトタイピングのケースデザイン
4. 熱管理
5. インターフェースとコネクタ
6. MIPIカメラと標準のMVカメラ
7. 電磁両立性
8. 既製のボード
9. CPUとGPUのパフォーマンスのディープラーニング

これらの各要素について詳しく見ていきましょう。

機能セットとフォームファクター

コンパクトなGPIOやインターフェイスコネクタを使用してスペースを節約するなど、適切な機能とカメラの物理的な設置面積のバランスを取ります。多くの場合、多くのフル機能のMVカメラのボードレベルのバリエーションは、ケースが取り外された単なる標準カメラであり、設計に組み込む必要があります。さらに、ボードレベルのカメラは、共有ケーブル設計ファイルのオプションとともに、FPCケーブルの長さをカスタマイズするためのより大きな柔軟性を提供します。

レンズマウント

ボードレベルのカメラは、固定レンズマウントがないため、MV業界で一般的に使用されている標準のC、CS、またはSマウントレンズ以外の光学系を自由に選択できます。

レンズマウントを別の製品部品に統合したり、レンズマウンドを製品のハウジングに直接成形したりすることで、製造と組み立てを簡素化することで、コストをさらに削減できます。ただし、標準のマウントレンズを使用する場合は、2MPなどの低解像度の3分の1インチ以下のセンサーにSマウントを使用してください。 CSマウントは通常、サイズが3分の1から1インチ程度のセンサーに推奨され、Cマウントは1インチ以上のセンサーに推奨されます。

ラピッドプロトタイピングのケースデザイン

ボードレベルのカメラにはケースが含まれていないことがよくありますが、カメラが製品に統合されないため、カメラの内部が要素にさらされたままになるアプリケーションでは、ケースが必要になる場合があります。

ラピッドプロトタイピングを行うには、既存のCADモデルと3Dプリンターを利用するか、カメラをカプセル化し、スペーサーと取り付けブラケットを使用してカメラを所定の位置に取り付けることができる一般的なプラスチックケースを使用します。

熱管理

ケースがない場合、高性能ボードレベルカメラには、推奨温度範囲内で動作することを保証するための追加の設計要件がある場合があります。カメラの損傷を防ぐために、報告されたカメラの温度は、センサー/ FPGAなどの主要コンポーネントの最高温度を下回っている必要があります。このような場合、適切なヒートシンクを提供することが重要です。推奨されるオプションは、カメラへのボードのストレスを最小限に抑えるために、サーマルペーストまたはパテとサーマルパッドを使用することです。

インターフェースとコネクタ

USB 3.1 Gen 1は、組み込みシステムにとって理想的なインターフェースです。柔軟なプリント回路ケーブルは、最大30mのケーブル長でUSB 3.1 Gen1をサポートできます。ただし、USB 3.1インターフェイスの潜在的な欠点の1つは、高周波信号が最大5GHzのワイヤレスデバイスに干渉を引き起こす可能性があることです。この場合、GigEインターフェイスが機能するか、より複雑なMIPICSIインターフェイスが機能する可能性があります。

MIPIカメラと標準MVカメラ

前述のMIPIカメラは、標準のMVカメラと比較して安価であり、最大50％以上になる可能性がありますが、主にFPGAがないため、価格の低下には機能が少なくなります。

一般的なMIPIカメラは、一般に、画像処理や強調（フラットフィールド補正、傷のあるピクセル補正、固定パターンノイズ補正など）をほとんどまたはまったく行わずに生のセンサー出力を提供し、画質を向上させるために追加の作業が必要です。最も重要なことは、MIPIは通常、MIPIカメラをサポートする組み込みシステムの使用を必要としますが、USB3 / GigEMVカメラはARMボードと標準のデスクトップPCで同様に使用できます。

電磁両立性

ケースによるシールドがない場合、ボードレベルカメラの電磁両立性（EMC）はケース付きモデルとは異なります。これらのボードレベルのカメラは他の製品やシステムに組み込まれているため、最終製品は個別に認定を受ける必要があります。

既製のボード

一部のベンダーは、組み込みボード用に独自のキャリアまたはアームキャリアソリューションも開発しています。 ARMプロセッサとキャリアボードにより、インテグレータはカスタムボードを必要とせずに既製のソリューションを簡単に購入できるようになり、時間と費用を節約できます。

設計の要件に応じて、ボードを購入し、最大4つ以上のUSB3ホストコントローラーで構成して、4台のUSB3カメラから全帯域幅でストリーミングすることができます。

ディープラーニングCPUとGPUパフォーマンス

ディープラーニングアルゴリズムは、GPUと比較して通常のプロセッサでは非常に遅く実行されます。迅速な推論が必要な場合は、画像が最初にクラウドに送信されて処理される場合でも、GPUの方が適しています。クラウドでの推論は通常、エッジコンピューティングがミッションクリティカルではない場合、コストを意識した選択であるためです。

組み込みシステムで深層学習推論を実行する別のオプションは、カメラ自体で推論モデルを実行できる推論対応カメラを使用することです。これは、ホストシステムから処理要件をオフロードするのにも役立ちます。

これらの9つのコア要素を念頭に置いて、適切なボードレベルのMVを適切な機能セットと統合することがはるかに簡単になり、製品アプリケーション全体を改善しながら、設計者の頭痛の種と設計時間を削減できることを願っています。

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