Elección de la cámara adecuada para NVIDIA Jetson y otros sistemas integrados

En el ámbito de los sistemas embebidos basados en IA, el módulo de cámara destaca como un componente fundamental. Con una plétora de opciones disponibles en el mercado, seleccionar el módulo de cámara adecuado puede parecer una tarea desalentadora. Pero no se preocupe Este artículo es tu guía para desmitificar el proceso de selección y ayudarte a tomar decisiones informadas para tu aplicación integrada, garantizando la compatibilidad con la potente NVIDIA Jetson.

1. El sensor:

El corazón de cualquier módulo de cámara reside en su sensor. Comprender las diferencias entre el dispositivo de carga acoplada (CCD) y el sensor de píxel activo (CMOS) es crucial para hacer la elección correcta.

• Sensor CCD: Los valores de los píxeles de un sensor CCD se leen por filas. Cada fila de píxeles se desplaza secuencialmente a un registro de lectura. Este proceso secuencial tiene sus ventajas, sobre todo en aplicaciones específicas.
• Sensor CMOS: Por el contrario, un sensor CMOS permite la lectura individual y paralela de cada píxel. Esta capacidad de lectura paralela ofrece ventajas en términos de velocidad y eficiencia, lo que hace que los sensores CMOS sean la opción preferida en diversos escenarios.

2. Interfaz (conector):

Elegir la interfaz o el conector adecuados es esencial para una integración perfecta. Tenga en cuenta factores como la compatibilidad con su sistema integrado y la facilidad de conexión.

3. Óptica:

La óptica desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la calidad de las imágenes capturadas. Evalúe factores como la calidad del objetivo, la distancia focal y la apertura para garantizar un rendimiento óptimo para las necesidades específicas de su aplicación.

Sensores CMOS: Rentables y de alto rendimiento

En lo que a sensores se refiere, se libra la batalla entre CMOS y CCD, cada uno con sus puntos fuertes. Los sensores CMOS, conocidos por su rentabilidad y eficiencia energética, destacan sin comprometer la calidad de imagen en la mayoría de los casos de uso. Su lectura paralela de los valores de los píxeles también les otorga la ventaja de alcanzar frecuencias de imagen más altas, una consideración clave para muchas aplicaciones.

Rentables:

Los sensores CMOS ofrecen una opción económica sin sacrificar la calidad de imagen, lo que los convierte en la opción preferida para diversos sectores.

Eficiencia energética:

Su eficiencia energética contribuye a prolongar el uso del dispositivo y a reducir el consumo de energía, en línea con los objetivos de sostenibilidad.

Alta frecuencia de imagen:

La lectura paralela de los valores de los píxeles permite a los sensores CMOS alcanzar frecuencias de imagen más altas, lo que garantiza una captura de imágenes más fluida y dinámica.

Sensores CCD: Excelencia en escenarios especializados

A pesar del dominio del CMOS, los sensores CCD tienen su nicho, destacando en escenarios específicos:

Larga exposición:

Los sensores CCD destacan en situaciones que requieren una larga exposición, ofreciendo una calidad de imagen excepcional en aplicaciones como la fotografía astronómica.

Imágenes de bajo ruido:

En entornos que exigen imágenes con un nivel de ruido excepcionalmente bajo, los sensores CCD demuestran su valía, manteniendo la claridad y la precisión.

Comprender los puntos fuertes de cada tipo de sensor permite a los responsables de la toma de decisiones elegir la tecnología adecuada para sus necesidades específicas. Mientras que los sensores CMOS ofrecen rentabilidad y alto rendimiento, los sensores CCD destacan en escenarios especializados, garantizando una calidad de imagen óptima en todos los entornos.

Opciones de obturador electrónico: Global vs Rolling

A la hora de elegir un obturador electrónico, la decisión entre las opciones global y rodante desempeña un papel crucial. Un obturador global expone cada píxel simultáneamente, evitando el desenfoque por movimiento y la distorsión. En cambio, un obturador rotativo expone las filas de píxeles secuencialmente, lo que puede causar distorsión, como se ilustra en la Figura 1 (Distorsión de las palas del rotor causada por un obturador rotativo en un helicóptero). Aunque los obturadores globales simplifican la sincronización de varias cámaras, es esencial tener en cuenta que suelen ser más caros que sus homólogos con obturador rodante.

Sensores en color frente a monocromos: Equilibrio entre datos y velocidad de procesamiento

Para tareas de visión artificial como la detección de fallos y el control de presencia, suele bastar con un sensor de imagen monocromo. Los sensores monocromos asignan ocho bits a cada píxel, mientras que los sensores en color utilizan el triple de datos (ocho bits para los canales rojo, verde y azul), lo que conlleva un mayor tiempo de procesamiento y una frecuencia de imagen más lenta. Sopese cuidadosamente la necesidad de color y la frecuencia de imagen deseada al seleccionar un sensor para su aplicación.

Rango dinámico: Mejorar el rendimiento del sensor

El rango dinámico, la relación entre las señales máximas y mínimas adquiridas, es fundamental para un rendimiento óptimo del sensor. En aplicaciones de interior, es esencial un alto rango dinámico (HDR) de al menos 80 dB, que garantice una representación precisa de los valores de intensidad. Las aplicaciones en exteriores, con condiciones de luz variables, pueden necesitar un HDR más alto, de hasta 140 dB. Comprender los requisitos del rango dinámico garantiza que su sistema de visión industrial funcione de forma fiable en diversos entornos.

Navegue por las complejidades de los obturadores electrónicos, los tipos de sensores y las consideraciones de rango dinámico para tomar decisiones informadas para sus necesidades de visión industrial. Consiga un rendimiento óptimo a la vez que equilibra la rentabilidad y la velocidad de procesamiento en la selección del sensor.

Resolución al descubierto: Iluminación, tamaño de píxel y consideraciones ópticas

En el ámbito del procesamiento de imágenes, la resolución es la clave para reproducir con precisión los detalles de los objetos. Las condiciones de iluminación, el tamaño de píxel del sensor y las capacidades ópticas influyen colectivamente en la resolución de un sensor. A medida que disminuye el detalle del objeto, se intensifica la demanda de una mayor resolución, lo que la convierte en un factor crítico en las aplicaciones de visión artificial.

Resolución de píxeles: La clave para obtener imágenes nítidas

La resolución de píxel, que indica el tamaño de cada píxel en milímetros, es la clave de la nitidez de la imagen. Una mayor resolución da como resultado una imagen más nítida, lo que garantiza la captura de detalles más finos. Para garantizar una cobertura adecuada, es imprescindible que la resolución de la cámara o del sensor abarque una característica del objeto con un mínimo de dos píxeles.

Equilibrio: Resolución y frecuencia de imagen

Los sensores CMOS de alta resolución a menudo tienen que lidiar con frecuencias de imagen bajas, lo que supone un reto a la hora de capturar imágenes de calidad. Aunque conseguir la resolución necesaria es vital, garantizar una frecuencia de fotogramas por segundo suficiente es igualmente crucial. Evaluar la velocidad del sensor resulta primordial para encontrar el equilibrio adecuado para un rendimiento óptimo.

Guía práctica: Determinar la resolución ideal

Para un enfoque matizado de la determinación de la resolución, considere la siguiente regla empírica esbozada en la Figura 2. El multiplicador (2) indica la preferencia típica por un mínimo de dos píxeles en un objeto, lo que garantiza una detección satisfactoria y una representación precisa en las aplicaciones de visión artificial.

Dominar los entresijos de la resolución en visión artificial, comprendiendo el impacto de la iluminación, el tamaño del píxel y la óptica. Navegue por el delicado equilibrio entre una mayor resolución y la velocidad de fotogramas, utilizando una guía práctica para determinar la resolución ideal para su caso de uso específico.

Resolución = 2x Campo de visión (FoV) Tamaño de la característica de interés

Figura 2. Resolución necesaria del sensor La resolución necesaria del sensor viene determinada por el campo de visión del objetivo y el tamaño del elemento de interés

Por ejemplo, supongamos que tenemos una imagen de una lesión alrededor del ojo de un boxeador.

• Resolución = 2x 2000 (FoV) 4
• FOV, mm = 2000mm
• Tamaño de la característica de interés (el ojo), mm = 4mm

Cuando se trata de la detección de ojos, el cálculo de 1000 x 1000 nos lleva a una revelación estratégica: una cámara de un megapíxel ofrece una capacidad óptima para detectar ojos mediante algoritmos avanzados de visión por ordenador (VC) o inteligencia artificial (IA). Descubra la precisión que una cámara bien calibrada aporta al ámbito de la detección de ojos.

La saga de los sensores: filas de píxeles y fotositos

La anatomía de un sensor consta de varias filas de píxeles, conocidos comúnmente como fotositos. Estos componentes integrales desempeñan un papel fundamental a la hora de determinar el rendimiento del sensor. Sin embargo, la cantidad de fotones que recoge un píxel está estrechamente relacionada con su tamaño. Aunque el atractivo de los píxeles de mayor tamaño es innegable, es esencial tener en cuenta las situaciones en las que optar por píxeles más grandes puede no ser la opción más eficaz.

Equilibrio: Consideraciones sobre el tamaño de los píxeles para obtener resultados óptimos

Elegir el tamaño de píxel adecuado es un equilibrio delicado. Aunque los píxeles más grandes pueden parecer tentadores para mejorar la captación de fotones, no siempre son la mejor opción en todos los casos. Sumérjase en los matices de las consideraciones sobre el tamaño de los píxeles y comprenda cómo lograr el equilibrio adecuado contribuye a conseguir precisión y eficacia en las aplicaciones de detección ocular.

Navegue por las complejidades de los cálculos y las consideraciones de los sensores en la detección ocular, asegurándose de que su enfoque se alinea con la precisión que exigen los algoritmos de visión por ordenador e inteligencia artificial. Libere el potencial de una cámara de un megapíxel y comprenda el delicado equilibrio entre el tamaño del píxel y la captación efectiva de fotones para obtener resultados óptimos.

Tabla 1. Ventajas e inconvenientes del tamaño de píxel pequeño y grande

Brillando con luz propia: Sensores retroiluminados y maximización de la luz

Los sensores retroiluminados ocupan el centro del escenario, mostrando una excelencia sin precedentes en la maximización de la captura y conversión de la luz por cada fotodiodo. Explore la brillantez de esta tecnología de vanguardia, que ofrece un rendimiento superior y una mayor eficiencia en comparación con las alternativas de iluminación frontal.

Delante o detrás: El enigma del cableado metálico

Mientras que los sensores retroiluminados son los mejores, los frontales tienen una limitación. El cableado metálico colocado estratégicamente sobre los fotodiodos se convierte en un obstáculo potencial que obstruye ciertos fotones. Esta obstrucción reduce la cantidad total de luz captada, lo que repercute en el rendimiento del sensor.

Ideas para la selección de sensores: Optimización del rendimiento

Navegue por los entresijos de la selección de sensores con una comprensión clara de las ventajas que aportan los sensores retroiluminados. Descubra los peligros potenciales asociados al cableado metálico en los sensores retroiluminados y obtenga información para tomar decisiones informadas que optimicen el rendimiento de los sensores en diversas aplicaciones.

Explore la brillantez de los sensores retroiluminados y el impacto del cableado metálico en los sensores retroiluminados. Aumente sus conocimientos para mejorar la selección de sensores, asegurándose de que su elección se ajusta a las capacidades de maximización de luz que exige la tecnología de vanguardia.

En el ámbito de la visión industrial, la frecuencia de imagen, medida en fotogramas por segundo (FPS), es la clave de la eficacia de las inspecciones. Explore la conexión crítica entre la frecuencia de imagen y el número necesario de inspecciones, estrechamente vinculada a la velocidad de obturación: el tiempo de exposición del sensor de la cámara para la captura de imágenes.

Desafíos del mundo real: Maximizar los FPS alcanzables

En teoría, la frecuencia de imagen máxima y el tiempo de exposición comparten una relación inversa. Sin embargo, alcanzar los FPS deseados se enfrenta a retos del mundo real como la latencia de la lectura de fotogramas, la resolución del sensor y las velocidades de transferencia de datos de la interfaz, incluidas las consideraciones sobre el cableado. Descubra estrategias como la iluminación adicional y el pixel binning para mitigar la necesidad de largos tiempos de exposición y aumentar los FPS.

Ventajas de los sensores: CMOS frente a CCD en la carrera por los FPS

Los sensores CMOS llevan la delantera en la carrera por conseguir mayores FPS, aprovechando una lectura de píxeles más rápida en comparación con el proceso de transferencia de carga en el registro de desplazamiento de un sensor CCD. Conozca las ventajas que convierten a los sensores CMOS en la opción preferida para lograr velocidades de fotogramas superiores en aplicaciones de visión industrial.

La conexión de módulos de cámara a sistemas integrados exige una selección estratégica de interfaces. Las interfaces USB y Ethernet suelen ser las preferidas para la evaluación, ya que eliminan la necesidad de desarrollar controladores personalizados. Profundice en parámetros cruciales como la longitud de transmisión, la velocidad de transmisión de datos y las condiciones de funcionamiento, como se indica en la Tabla 2, para tomar decisiones informadas que permitan una integración perfecta.

Embárquese en un viaje por la intrincada dinámica de la frecuencia de imagen, la velocidad de obturación y las consideraciones de interfaz en la visión artificial. Mejore sus conocimientos, adapte la frecuencia de imagen a las necesidades de inspección y seleccione la interfaz óptima para una integración perfecta del módulo de cámara en los sistemas integrados.

Tabla 2. Comparación de varias interfaces de cámara

En los sistemas de imagen, las lentes ópticas desempeñan un papel fundamental en la captación de la luz dispersa y la reconstrucción de imágenes en sensores sensibles a la luz, ya sean CCD o CMOS. La elección del objetivo adecuado implica una compleja interacción de factores, como la distancia focal, el formato del sensor, el campo de visión, la abertura, el ángulo del rayo principal, el poder de resolución y la distorsión.

El espectro de los objetivos: Longitudes focales estándar y opciones

Los objetivos ópticos se presentan en un conjunto finito de distancias focales estándar, como 6 mm, 8 mm, 12,5 mm, 25 mm y 50 mm. Estas opciones forman el espectro, y la selección de la lente con una longitud focal más cercana a los requisitos de su sistema de imagen es el paso inicial.

Dinámica de enfoque: Ajuste preciso de la distancia de trabajo

Una vez identificada la distancia focal óptima, es imprescindible ajustar la distancia de trabajo para enfocar el objeto que se está inspeccionando. Es fundamental tener en cuenta que los objetivos con distancias focales más cortas, especialmente inferiores a 12 mm, pueden introducir una distorsión notable en las imágenes capturadas.

Desafíos de la distorsión: Estrategias de sensibilidad

En situaciones en las que la sensibilidad a la distorsión es primordial, se recomienda aumentar la distancia de trabajo y optar por un objetivo con una distancia focal mayor. Sin embargo, si la modificación de la distancia de trabajo plantea dificultades, la elección de un objetivo optimizado se convierte en una limitación estratégica.

Embárquese en un viaje por los entresijos de la óptica de los sistemas de imagen y obtenga información sobre las distancias focales, las distancias de trabajo y las consideraciones relativas a la distorsión. Mejore su proceso de selección de objetivos para sensores CCD o CMOS, garantizando unos resultados de imagen impecables en diversas aplicaciones.

aplicaciones.

Tabla 3. Principales tipos de objetivos de cámara

Fijación de precisión: El papel crucial de los sistemas de montaje de objetivos

Fijar un objetivo a una cámara va más allá de una simple conexión; exige un sistema de montaje específico. La estabilidad mecánica es fundamental en este proceso, ya que un objetivo suelto puede poner en peligro el enfoque de la imagen. Además, la precisión a la hora de definir la distancia al sensor es primordial para obtener resultados óptimos.

Estándares del sector: Monturas de objetivos para una compatibilidad perfecta

Para garantizar la compatibilidad entre una miríada de objetivos y cámaras, las monturas de objetivos estándar del sector se han convertido en la piedra angular. Estas monturas estandarizadas desempeñan un papel fundamental a la hora de garantizar un proceso de acoplamiento perfecto y una alineación precisa entre objetivos y cámaras. Sumérjase en el mundo de las monturas estandarizadas para una conexión objetivo-cámara precisa y sin complicaciones.

Tabla 4. Monturas de objetivo habituales utilizadas en el espacio empotrado

Figura 4. NVIDIA Jetson en combinación con módulos de cámara puede utilizarse en distintos sectores para diversas necesidades

Elegir la cámara adecuada para su proyecto es un paso crucial en la integración de sistemas. Este post simplifica el proceso destacando factores esenciales, como el diseño, el rendimiento, el entorno y el coste. Descubra los límites clave que forman la base de una elección de cámara acertada.

Adaptar las funciones a sus necesidades específicas

Una vez que comprenda los límites fundamentales, céntrese en las características que se ajustan a los requisitos específicos de su proyecto. Para configuraciones remotas o entornos difíciles, considere la eficacia de la interfaz GMSL. En condiciones de poca luz, opte por cámaras con píxeles y sensores más grandes. Y para aplicaciones dinámicas, explore las ventajas de la opción de obturador global.

Aunque el proceso de selección de la cámara pueda parecer abrumador en un principio, el primer paso es comprender las limitaciones específicas de su proyecto. Descifre los entresijos, sopese los límites y adapte las características a sus necesidades específicas. Esperamos que esta guía haya simplificado el proceso de toma de decisiones y le garantice la elección de una cámara que se ajuste perfectamente a los objetivos de su proyecto.