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Teledyne Flir 就板級攝像頭集成指南發表專題文章

（2025年4月30日更新）簡介

強大的精簡單板計算機的推出催生了令人興奮的新產品設計。在成本和(或)效率的小型優化應用中，其效用尤為明顯。此外，視覺系統還可以使用功能全面的板機視覺攝像頭進一步縮小產品的整體尺寸，實現運行靈活性，并支持定制或非標準光學部件。典型的例子包括：醫學診斷、測量、機器人技術、嵌入式視覺、包裝和印刷檢查、手持式掃描儀、臺式實驗室等空間有限的系統。

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本文涵蓋了選擇嵌入式視覺攝像頭時需要考慮的幾個重要方面，包括功能組、持、熱管理和電磁兼容性等幾個重要方面。

外觀因素和功能組

系統設計師在將包裝相機轉換為板級相機時，應認真考慮其成像和相機性能要求。許多小型板級相機只支持低分辨率傳感器 GPIO 相機內部功能有限。相反，許多全功能機器視覺相機的板級型號只是標準的標準相機。盡管這些相機可能會達到所需的成像性能，但它們的尺寸可能不會比標準封裝型號小多少。這種相機通常使用標準 GPIO 由于體積大，與接口連接器不適合嵌入式應用。例如，傳統工業鎖定連接器的尺寸是一個Blackfly S 板級攝像頭的一般尺寸。

FLIR 的 Blackfly S 板級攝像頭整體設計為嵌入式系統。它們的外觀尺寸非常緊湊，只是為了 29mm x 29mm x 10mm，可提供相同的成像性能和包裝類型 Blackfly S型號完整豐富；緊湊型 GPIO 接口連接器節省了額外的空間。FLIR 嵌入式視覺攝像頭產品的另一個重要優點是使用 1/3” 至 1.1” 由于外觀系數相同，尺寸傳感器的所有攝像頭都具有良好的可用性——各種攝像頭型號采用相同的外觀系數，簡化了系統和未來產品變型的開發和升級。

透鏡支架

板級相機對于希望集成非標準光學元件或盡可能靠近目標的客戶來說是一個有吸引力的選擇。板級相機沒有固定的透鏡支架，設計師可以自由選擇除機器視覺行業常用的標準 C、CS 或 S 光學元件以外的光學元件。這種設計也非常適合通常不需要透鏡的生物技術和激光束分析應用。板級攝像頭的另一個常用應用是將透鏡支架集成到另一個產品部件中——嵌入式視覺攝像頭的名稱。此外，將透鏡支架直接集成到產品外殼中，可以有效簡化制造和組裝，進一步降低成本。還應購買安裝配件，以評估未配備透鏡支架的板級相機。如果封裝型號與板級型號相同Etron代理它們可以作為同一傳感器和功能的開發平臺。

在為板級攝像頭選擇正確的透鏡支架時，最重要的因素之一是所使用的傳感器的尺寸。S 用于設計型支架透鏡 1/3" 或更小的低分辨率(通常低于 2MP）傳感器。CS 設計型支架透鏡 1/3” 至 1/2” 如果傳感器的大小是 1/2” 或以上，最好使用 C 型支架透鏡。

熱管理

封裝機視覺相機依靠其外殼表面區域來消散傳感器FPGA 其它部件產生的熱量。若無外殼，可對高性能板級相機有其它設計要求，以保證其在推薦溫度范圍內運行。在這種情況下，提供足夠的散熱是關鍵。制造商通常為溫度最高的組件提供最高的結溫。對于FLIR Blackfly S 相機，規定 FPGA 最高結溫為 105 攝氏度（221 華氏度）。

系統設計人員必須確保其熱管理解決方案符合此指標。散熱器的尺寸、安裝在相機上的框架表面積或所需的主動散熱器的類型取決于傳感器、幀速率、運行環境和正在執行的相機圖像處理的數量。為了在相機上安裝散熱器，我們建議在導熱墊上使用散熱膏，以盡可能減少板對相機的應力。

外殼設計和快速原型生產

在大多數情況下，板級攝像頭直接集成到沒有外殼的嵌入式視覺系統/產品中。但是，可能有必要通過外殼防止相機不與某個產品集成而暴露在元件下的應用程序損壞。嵌入式系統設計師可以在快速原型生產中使用 3D 打印機很容易設計和打印攝像頭外殼，或者使用足夠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 是嵌入式系統的理想接口。其通用化功能可以保證從臺式計算機到基礎 ARM 單板計算機處理器 (SBC) 支持各種硬件。直接訪問存儲器 (DMA) 延遲可以保持在最低限度，而無需使用過濾器驅動程序。第一代 USB 3.1 還使用單根電纜供電，可提供高達 480 MB/s 數據吞吐量有效地簡化了機電設計。

嵌入式系統設計師的嵌入式系統設計師的一個重要目的。在這種情況下，電纜的最大長度遠不如電纜和連接器的體積重要。柔性印刷電路 (FPC) 電纜長達 30 米電纜支持第一代 USB 3.1。FPC 顧名思義，電纜是指適應緊密包裝系統的電纜。此外，高質量鎖定連接器和帶鎖凸耳的連接器 FPC 屏蔽電纜可以保證高度安全可靠的連接。

不過 USB 3.1 界面有一個潛在的缺點，它的高頻信號會導致無線設備高達 5 GHz 的干擾（如 GPS 信號)。我們還提供使用此類無線頻率的應用程序GigE 接口的 FLIR 板級攝像頭。

MIPI CSI 它是許多嵌入式主板使用的另一個通用接口。 USB 相比，MIPI 協議和驅動程序的復雜性可能會使開發更耗時�；诘蛪翰钚盘� (LVDS) 接口也可用，專門直接連接主機端 FPGA 而設計；但每個信號傳輸通道都需要兩條電線——這在某些應用中是一個小而重要的缺點。

軟件支持

軟件支持是選擇嵌入式系統相機時不可忽視的重要考慮因素。支持臺式和嵌入式系統 SDK，設計師可以通過熟悉的工具輕松地開發視覺應用程序，并將其部署到所選的嵌入式平臺上。FLIR 的 Spinnaker SDK可為基于 x86、x64 和 ARM 處理器的 Windows 和 Linux 支持臺式系統。

電磁兼容性

如果沒有外殼提供的屏蔽，板級相機的電磁兼容性 (EMC) 與包裝型號不同。所有封裝的 FLIR 機器視覺攝像頭都經過了。 EMC 認證；但板級攝像頭尚未認證。其他產品/系統應嵌入這些板級攝像頭，因此需要單獨認證成品。無論是哪種應用，我們都建議它們遵循電磁干擾，如其他電氣組件 (EMI) 管理最佳實踐。

結論

板級攝像頭對嵌入式視覺系統的創新，使緊湊多功能創新產品的設計更加自由靈活。除本文提出的因素外，還應注意使用高質量的傳感器、光學元件和可靠的元件，使您的嵌入式系統適應未來。FLIR 專為這些應用設計的全系列板級攝像頭，為行業提供領先地位 3 年質保。我們的機器視覺專家可以幫助您為嵌入式系統選擇正確的成像性能和外觀因素等級 -了解更多。