Choisir la caméra appropriée pour NVIDIA Jetson et d'autres systèmes embarqués

Dans le domaine des systèmes embarqués basés sur l'intelligence artificielle, le module de caméra est un composant essentiel. Avec une pléthore d'options disponibles sur le marché, le choix du bon module de caméra peut sembler une tâche ardue. N'ayez crainte ! Cet article est votre guide pour démystifier le processus de sélection et vous aider à faire des choix éclairés pour votre application embarquée, en garantissant la compatibilité avec la puissante NVIDIA Jetson.

1. Capteur :

Le cœur de tout module de caméra réside dans son capteur. Il est essentiel de comprendre les différences entre le dispositif à couplage de charge (CCD) et le capteur à pixels actifs (CMOS) pour faire le bon choix.

• Capteur CCD : Les valeurs des pixels d'un capteur CCD sont lisibles ligne par ligne. Chaque rangée de pixels subit un décalage séquentiel dans un registre de lecture. Ce processus séquentiel a ses avantages, en particulier dans des applications spécifiques.
• Capteur CMOS : En revanche, un capteur CMOS permet une lecture individuelle et parallèle de chaque pixel. Cette capacité de lecture parallèle offre des avantages en termes de vitesse et d'efficacité, ce qui fait des capteurs CMOS un choix privilégié dans divers scénarios.

2. Interface (connecteur) :

Le choix de la bonne interface ou du bon connecteur est essentiel pour une intégration transparente. Prenez en compte des facteurs tels que la compatibilité avec votre système embarqué et la facilité de connexion.

3. Optique :

L'optique joue un rôle essentiel dans la détermination de la qualité des images capturées. Évaluez des facteurs tels que la qualité de l'objectif, la longueur focale et l'ouverture afin de garantir des performances optimales pour les besoins spécifiques de votre application.

Capteurs CMOS : Rentables et performants

En ce qui concerne les capteurs, la bataille entre CMOS et CCD se déroule, chacun ayant ses points forts. Les capteurs CMOS, connus pour leur rentabilité et leur efficacité énergétique, se distinguent sans compromettre la qualité de l'image dans la majorité des cas d'utilisation. Leur lecture parallèle des valeurs des pixels leur confère également l'avantage d'atteindre des fréquences d'images plus élevées, ce qui est essentiel pour de nombreuses applications.

Rentabilité :

Les capteurs CMOS offrent une option économique sans sacrifier la qualité de l'image, ce qui en fait un choix privilégié pour diverses industries.

Efficacité énergétique :

Leur efficacité énergétique contribue à prolonger l'utilisation de l'appareil et à réduire la consommation d'énergie, ce qui est conforme aux objectifs de développement durable.

Taux de rafraîchissement élevés :

La lecture parallèle des valeurs des pixels permet aux capteurs CMOS d'atteindre des taux de rafraîchissement plus élevés, garantissant une capture d'image plus fluide et plus dynamique.

Capteurs CCD : Exceller dans des scénarios spécialisés

Malgré la prédominance des capteurs CMOS, les capteurs CCD ont leur place, excellant dans des scénarios spécifiques :

Exposition longue :

Les capteurs CCD brillent dans les situations nécessitant une longue exposition, offrant une qualité d'image exceptionnelle dans des applications telles que la photographie astronomique.

Images à faible bruit :

Dans les environnements exigeant des images à faible bruit, les capteurs CCD font leurs preuves, en conservant clarté et précision.

Comprendre les points forts de chaque type de capteur permet aux décideurs de choisir la technologie la mieux adaptée à leurs besoins spécifiques. Alors que les capteurs CMOS offrent une rentabilité et des performances élevées, les capteurs CCD excellent dans les scénarios spécialisés, garantissant une qualité d'image optimale dans tous les contextes.

Options d'obturateur électronique : Obturateur global ou obturateur à rouleau

Lors du choix d'un obturateur électronique, la décision entre les options globales et roulantes joue un rôle crucial. Un obturateur global expose chaque pixel simultanément, évitant ainsi le flou de bougé et la distorsion. En revanche, un obturateur roulant expose les rangées de pixels de manière séquentielle, ce qui peut entraîner des distorsions, comme l'illustre la figure 1 (Distorsion des pales de rotor causée par un obturateur roulant dans un hélicoptère). Si les obturateurs globaux simplifient la synchronisation de plusieurs caméras, il est essentiel de noter qu'ils sont souvent plus coûteux que leurs homologues à obturateur roulant.

Capteurs couleur ou monochromes : Équilibrer les données et la vitesse de traitement

Pour les tâches de vision industrielle telles que la détection de défauts et le contrôle de présence, un capteur d'image monochrome est souvent suffisant. Les capteurs monochromes allouent huit bits à chaque pixel, alors que les capteurs couleur utilisent trois fois plus de données (huit bits pour les canaux rouge, vert et bleu), ce qui augmente le temps de traitement et ralentit la fréquence des images. Lors de la sélection d'un capteur pour votre application, évaluez soigneusement le besoin de couleur par rapport à la fréquence d'images souhaitée.

Gamme dynamique : Améliorer les performances du capteur

La plage dynamique, c'est-à-dire le rapport entre les signaux maximum et minimum acquis, est essentielle pour une performance optimale du capteur. Dans les applications intérieures, une plage dynamique élevée (HDR) d'au moins 80 dB est essentielle pour garantir une représentation précise des valeurs d'intensité. Les applications en extérieur, avec des conditions de luminosité variables, peuvent nécessiter une HDR plus élevée, allant jusqu'à 140 dB. La compréhension des exigences en matière de plage dynamique permet à votre système de vision industrielle de fonctionner de manière fiable dans divers environnements.

Naviguez dans la complexité des obturateurs électroniques, des types de capteurs et des considérations relatives à la plage dynamique afin de faire des choix éclairés pour vos besoins en matière de vision industrielle. Obtenez des performances optimales tout en équilibrant la rentabilité et la vitesse de traitement dans votre sélection de capteurs.

La résolution dévoilée : Éclairage, taille des pixels et considérations optiques

Dans le domaine de la vision industrielle, la résolution est la clé de voûte de la reproduction précise des détails d'un objet. Les conditions d'éclairage, la taille des pixels du capteur et les capacités optiques influencent collectivement la résolution d'un capteur. Au fur et à mesure que les détails de l'objet diminuent, la demande d'une résolution plus élevée s'intensifie, ce qui en fait un facteur critique dans les applications de vision industrielle.

Résolution des pixels : La clé d'une image nette

La résolution des pixels, c'est-à-dire la taille de chaque pixel en millimètres, est la clé de la netteté de l'image. Une résolution plus élevée se traduit par une image plus nette, garantissant la capture de détails plus fins. Pour garantir une couverture adéquate, il est impératif que la résolution de la caméra ou du capteur couvre une caractéristique de l'objet avec un minimum de deux pixels.

L'équilibre à trouver : Résolution et cadence d'images

Les capteurs CMOS haute résolution sont souvent confrontés à de faibles fréquences d'images, ce qui pose un problème pour la capture d'images de qualité. S'il est essentiel d'atteindre la résolution nécessaire, il est tout aussi crucial de garantir un nombre suffisant d'images par seconde. L'évaluation de la vitesse du capteur devient primordiale pour trouver le bon équilibre et obtenir des performances optimales.

Guide des règles de base : Déterminer la résolution idéale

Pour une approche nuancée de la détermination de la résolution, il convient de considérer la règle empirique suivante, décrite dans la figure 2. Le multiplicateur (2) signifie que l'on préfère généralement un minimum de deux pixels sur un objet, ce qui garantit une détection réussie et une représentation précise dans les applications de vision industrielle.

Maîtriser les subtilités de la résolution en vision industrielle, en comprenant l'impact de l'éclairage, de la taille des pixels et de l'optique. Naviguez dans le délicat compromis entre une résolution plus élevée et les fréquences d'images, en utilisant un guide pratique pour déterminer la résolution idéale pour votre cas d'utilisation spécifique.

Résolution = 2x Champ de vision (FoV) Taille de l'élément d'intérêt

Figure 2. La résolution requise pour le capteur est déterminée par le champ de vision de l'objectif et la taille de l'élément d'intérêt

Par exemple, supposons que vous ayez une image d'une blessure autour de l'œil d'un boxeur.

• Résolution = 2x 2000 (FOV) 4
• Champ visuel, mm = 2000mm
• Taille de l'élément d'intérêt (l'œil), mm = 4 mm

En matière de détection des yeux, le calcul de 1000 x 1000 nous conduit à une révélation stratégique : une caméra d'un mégapixel offre une capacité optimale pour détecter les yeux à l'aide d'algorithmes avancés de vision par ordinateur (VA) ou d'intelligence artificielle (IA). Découvrez la précision qu'une caméra bien calibrée apporte au domaine de la détection des yeux.

La saga des capteurs : rangées de pixels et photosites

L'anatomie d'un capteur se compose de plusieurs rangées de pixels, communément appelés photosites. Ces composants intégraux jouent un rôle essentiel dans la détermination des performances du capteur. Toutefois, la quantité de photons collectés par un pixel est étroitement liée à sa taille. Bien que l'attrait des pixels plus grands soit indéniable, il est essentiel de comprendre les scénarios dans lesquels opter pour des pixels plus grands n'est peut-être pas le choix le plus efficace.

Un exercice d'équilibre : Considérations sur la taille des pixels pour des résultats optimaux

Le choix de la bonne taille de pixel est un équilibre délicat. Si les pixels plus grands peuvent sembler tentants pour améliorer la collecte de photons, ils ne constituent pas toujours le choix optimal dans tous les cas de figure. Plongez dans les nuances des considérations relatives à la taille des pixels et comprenez comment un bon équilibre contribue à la précision et à l'efficacité des applications de détection oculaire.

Explorez les complexités des calculs et des considérations relatives aux capteurs dans la détection des yeux, en veillant à ce que votre approche soit conforme à la précision exigée par les algorithmes de vision par ordinateur et d'intelligence artificielle. Libérez le potentiel d'une caméra d'un mégapixel et saisissez l'équilibre délicat entre la taille du pixel et la collecte efficace de photons pour obtenir des résultats optimaux.

Tableau 1. Avantages et inconvénients de la petite et de la grande taille de pixel

Briller de mille feux : Capteurs rétro-éclairés et maximisation de la lumière

Les capteurs rétro-éclairés occupent le devant de la scène et font preuve d'une excellence inégalée dans l'optimisation de la capture et de la conversion de la lumière par chaque photodiode. Découvrez l'éclat de cette technologie de pointe, qui offre des performances supérieures et une efficacité accrue par rapport aux alternatives à éclairage frontal.

Avant ou arrière : L'énigme du câblage métallique

Alors que les capteurs rétro-éclairés règnent en maîtres, leurs homologues à éclairage frontal se heurtent à une limitation. Le câblage métallique stratégiquement positionné au-dessus des photodiodes devient un obstacle potentiel, obstruant certains photons. Cette obstruction entraîne une réduction de l'ensemble de la lumière capturée, ce qui a un impact sur les performances du capteur.

Informations sur la sélection des capteurs : Optimiser les performances

Naviguez dans les méandres de la sélection des capteurs en comprenant clairement les avantages des capteurs rétro-éclairés. Découvrez les pièges potentiels associés au câblage métallique des capteurs à éclairage frontal et prenez des décisions éclairées pour optimiser les performances des capteurs dans diverses applications.

Explorez la brillance des capteurs rétro-éclairés et l'impact du câblage métallique sur leurs homologues à éclairage frontal. Améliorez vos connaissances pour une meilleure sélection des capteurs, en vous assurant que votre choix s'aligne sur les capacités de maximisation de la lumière exigées par la technologie de pointe.

Dans le domaine de la vision industrielle, la fréquence d'images, mesurée en images par seconde (FPS), est la clé d'inspections efficaces. Découvrez le lien essentiel entre la fréquence d'images et le nombre requis d'inspections, étroitement lié à la vitesse d'obturation, c'est-à-dire le temps pendant lequel le capteur de la caméra est exposé pour la capture de l'image.

Les défis du monde réel : Maximiser le nombre d'images par seconde

En théorie, la fréquence d'images maximale et le temps d'exposition sont inversement proportionnels. Cependant, pour atteindre la fréquence d'images souhaitée, il faut relever des défis concrets tels que la latence de la lecture des images, la résolution du capteur et les taux de transfert des données de l'interface, y compris les considérations relatives au câblage. Découvrez des stratégies telles que l'éclairage supplémentaire et le regroupement de pixels pour atténuer la nécessité de longs temps d'exposition et augmenter le nombre d'images par seconde.

Avantages des capteurs : CMOS contre CCD dans la course aux images par seconde

Les capteurs CMOS prennent la tête de la course aux images par seconde, en tirant parti d'une lecture plus rapide des pixels par rapport au processus de transfert de charge dans le registre de décalage d'un capteur CCD. Découvrez les avantages qui font des capteurs CMOS un choix privilégié pour atteindre des taux de rafraîchissement supérieurs dans les applications de vision industrielle.

La connexion de modules de caméras à des systèmes embarqués exige une sélection stratégique des interfaces. Les interfaces USB et Ethernet sont généralement privilégiées pour l'évaluation, ce qui élimine la nécessité de développer des pilotes personnalisés. Examinez les paramètres cruciaux tels que la longueur de transmission, le débit de données et les conditions de fonctionnement, comme indiqué dans le tableau 2, afin de prendre des décisions éclairées en vue d'une intégration transparente.

Embarquez pour un voyage dans la dynamique complexe de la fréquence d'images, de la vitesse d'obturation et des considérations d'interface dans le domaine de la vision industrielle. Améliorez votre compréhension, alignez les fréquences d'images sur les besoins d'inspection et effectuez des sélections d'interface optimales pour une intégration parfaite des modules de caméra dans les systèmes embarqués.

Tableau 2. Comparaison de différentes interfaces de caméra

Dans les systèmes d'imagerie, les lentilles optiques jouent un rôle essentiel dans la collecte de la lumière diffusée et la reconstruction des images sur les capteurs sensibles à la lumière, qu'il s'agisse de CCD ou de CMOS. Le choix de l'objectif approprié implique une interaction complexe de facteurs, notamment la longueur focale, le format du capteur, le champ de vision, l'ouverture, l'angle du rayon principal, le pouvoir de résolution et la distorsion.

Le spectre des objectifs : Longueurs focales standard et choix

Les objectifs optiques sont disponibles dans un ensemble fini de longueurs focales standard, telles que 6 mm, 8 mm, 12,5 mm, 25 mm et 50 mm. Ces choix forment le spectre, et la sélection de l'objectif dont la longueur focale est la plus proche des exigences de votre système d'imagerie est l'étape initiale.

Dynamique de mise au point : Ajuster la distance de travail pour plus de précision

Une fois la longueur focale optimale identifiée, il est impératif d'ajuster la distance de travail pour faire la mise au point sur l'objet inspecté. Il est essentiel de noter que les objectifs ayant une longueur focale plus courte, en particulier inférieure à 12 mm, peuvent introduire une distorsion notable dans les images capturées.

Les défis de la distorsion : Stratégies de sensibilité

Dans les scénarios où la sensibilité à la distorsion est primordiale, il est recommandé d'augmenter la distance de travail et d'opter pour un objectif d'une longueur focale plus élevée. Toutefois, si la modification de la distance de travail pose des problèmes, le choix d'un objectif optimisé devient une contrainte stratégique.

Embarquez pour un voyage dans les subtilités de l'optique pour les systèmes d'imagerie, en acquérant des connaissances sur les longueurs focales, les distances de travail et les considérations de distorsion. Améliorez votre processus de sélection des objectifs pour les capteurs CCD ou CMOS, en garantissant des résultats d'imagerie impeccables dans diverses applications.

applications.

Tableau 3. Principaux types d'objectifs de caméra

Fixation de précision : Le rôle crucial des systèmes de fixation des objectifs

La fixation d'un objectif sur un appareil photo va au-delà d'une simple connexion ; elle nécessite un système de montage spécifique. La stabilité mécanique est au cœur de ce processus, car un objectif mal fixé peut compromettre la mise au point de l'image. En outre, la précision dans la définition de la distance par rapport au capteur est primordiale pour obtenir des résultats optimaux.

Normes industrielles : Montures d'objectif pour une compatibilité sans faille

Pour garantir la compatibilité entre une myriade d'objectifs et d'appareils photo, les montures d'objectif standardisées sont devenues la base. Ces montures normalisées jouent un rôle essentiel en garantissant un processus de fixation sans faille et un alignement précis entre les objectifs et les appareils photo. Plongez dans le monde des montures standardisées pour une connexion précise et sans problème entre l'objectif et l'appareil photo.

Tableau 4. Montures d'objectif courantes utilisées dans l'espace embarqué

Figure 4. La NVIDIA Jetson associée à des modules de caméra peut être utilisée dans tous les secteurs d'activité pour répondre à différents besoins

Le choix de la bonne caméra pour votre projet est une étape cruciale de l'intégration du système. Cet article simplifie le processus en mettant en évidence les facteurs essentiels, tels que la conception, les performances, l'environnement et le coût. Découvrez les principales limites qui constituent la base d'un choix de caméra réussi.

Adapter les caractéristiques à vos besoins uniques

Une fois que vous avez saisi les limites fondamentales, concentrez-vous sur les caractéristiques qui correspondent aux exigences spécifiques de votre projet. Pour les installations à distance ou les environnements difficiles, pensez à l'efficacité de l'interface GMSL. Dans des conditions de faible luminosité, optez pour des caméras dotées de pixels et de capteurs plus grands. Et pour les applications dynamiques, exploitez les avantages d'une option d'obturation globale.

Le processus de sélection d'une caméra peut sembler fastidieux au départ, mais la première étape consiste à comprendre les contraintes propres à votre projet. Décodez les subtilités, évaluez les limites, puis adaptez les caractéristiques à vos besoins spécifiques. Nous espérons que ce guide a simplifié le processus de prise de décision et qu'il vous permettra de choisir une caméra parfaitement adaptée aux objectifs de votre projet.