嵌入式系統需要外形緊湊且重量輕的成像方案。由于嵌入式系統本身潛在的尺寸限制，很難再增添到相機系統中。但是，有些相機選項具有更輕巧、更簡約的設計。

工業相機通常有保護外殼，將相機裝入空間狹小的視覺系統時可能會遇到問題。如果根據現有設計已經預先確定了需要安裝相機的尺寸，那么對于許多設備來說，安裝帶外殼的相機可能會有點難度。此外，對于許多采用嵌入式系統的應用，由于機械和電氣設備的限制，重量成為了一個關鍵的考慮因素。

盡管在某些情況下，探索定制外殼的OEM選項或找到一種方法去除一部分相機外部材料以減小尺寸可能會有用，但板級相機是一種更簡單且更具成本效益的方法來克服這些挑戰。無需增加外殼重量，也無需縮小尺寸（將傳感器暴露在PCB上），相機可適應通常不適合的許多應用。本文檔將介紹板級相機在視覺系統中發揮作用的各種原因、板級相機的應用，并探討市場上可用的板級相機選項。

板級相機設計

重量輕

通過比較大限度地減少相機的構成材料，視覺系統可以減少移動相機或其他附加組件所需的工作量。板級相機非常適合有重量限制的應用或使用內部電源移動相機的應用。電池供電的設備是一個很好的例子，可以說明減輕重量如何通過延長電池壽命來改善應用，從而增加成像時間。

外形緊湊

與拆除外殼減輕重量類似，板級相機也可以釋放大量空間。許多應用可能有預先設計，這些設計只能容納特定尺寸的視覺系統。因此，無需額外材料、更輕薄的設計可以將相機安裝到更緊湊的空間中。選擇板級相機可以讓更多應用不斷添加比較新的成像技術，而不影響整體尺寸。

要充分了解板級相機所能帶來的優勢，請看OEM制造商的情況。能夠在不需要對外殼或機身進行改動的情況下集成相機，是Teledyne Lumenera生產新系列板級相機的主要目標之一。許多OEM視覺系統已經有了一個整體產品的外殼，無需再為相機本身提供一層保護。通過減少所需材料，也可以減少整個視覺系統的重量和尺寸。圖1表明板級相機顯然具有比較緊湊和比較輕薄的設計。

圖1｜Teledyne Lumenera相機與右側板級相機的尺寸比較

應 用

航空成像

尺寸、重量和功率限制（SWaP）通常是某個相機無法安裝到無人機上的原因。由于這些限制，較大尺寸的相機一直阻礙航空成像應用提高成像性能。因此，板級相機的設計應考慮無人機的使用，以更小的尺寸提供高性能的成像功能。

與無人機一起使用的板級相機具備一些實用性很強的設計考慮。例如，連接器在側面的板級相機允許相機占用更少的垂直空間。與背面的傳統連接器不同，這種放置方式便于在設備內堆疊組件。通過將板級相機放置在另一個組件下方而不是讓電線產生間隙，航空成像系統可以采用更緊湊的設計。視覺系統尺寸的比較如圖2所示，上面顯示的是連接器在背面的全尺寸帶外殼的相機，下面顯示的是連接器在側面的板級相機。

圖2｜帶外殼的較大相機和板級相機在無人機成像方面的視覺比較

尺寸通常也會影響重量。板級相機的小巧設計有助于減少無人機等成像系統的負載。電池供電的無人機設計需要通過減輕重量來增加飛行時間。無人機越重，電機就越需要工作以產生足夠的飛行推力。因此，無人機將不得不使用更多的電力，所以耗電更快，從而減少了整體飛行時間和系統可以捕獲的圖像數量。

在航空成像方面，少即是多。從上方拍攝大面積區域時，更容易獲得穩定的地面圖像。這意味著不需要對大量運動進行成像，從而使視覺系統在較低幀率下正常工作。Teledyne Lumenera Lt系列板級相機的幀率范圍為22-162fps，可為各種航空成像應用提供靈活性。

憑借小巧的外形尺寸，板級相機可用于多相機同步。如需從鳥瞰角度對大面積區域進行成像，使用多臺較小的相機比使用單臺大相機來提高水平分辨率更實惠。如需了解如何優化航空成像性能相關的更多信息，請閱讀白皮書《在航空成像中使用單臺相機還是多臺相機》。

便攜式/手持式設備

當需要搬運視覺系統時，擁有比較緊湊的系統可能決定設計的成敗。如果沒有足夠小的視覺組件，設備可能不適合移動使用。對于Teledyne Lumenera而言，適配緊湊型設計從一開始就是開發具有板級支持的相機系列的主要原因。用于各類環境的手持式視覺系統將極大地受益于這種極小的相機設計，因為它將直接影響視覺系統的易用性和使用舒適度，并且重量更輕、尺寸更小。

開發便攜式或手持式視覺系統的比較大障礙通常是光學元件。即使板級相機具有如此輕薄的外形尺寸，大尺寸鏡頭（如長焦鏡頭）也會增加產品的重量和體積。因此，比較大限度地減少視覺系統的整體占用空間能讓相機鏡頭有更多的選擇。由于鏡頭不能做得更小，所以擁有一個更小的相機，如板級相機，可以起到很大的作用。此外，通過使用板級相機，還可以使用各種鏡頭安裝選項。靈活性的提高有助于確保視覺系統能夠采用合適的鏡頭。

針對短距離可靠的高速數據傳輸，USB3相機是不錯的選擇。與笨重的相機接口不同，USB3相機具有非常輕的支持硬件，提供了許多節省空間的選項。為了比較大限度地減少布線占用的空間，可購買一根帶有90度USB連接器的USB3數據線，如圖1所示，與Lt系列板級相機進行連接。

戶外成像

戶外成像應用中，太陽光線會不斷變化。光線不斷變化的問題是，沒有一種濾光片方案可以考慮到戶外成像可能出現的所有不同類型的條件。因此，需要考慮的比較重要的事情之一是，在光線不斷來自不同方向并投下獨特陰影的情況下，相機將如何準確捕捉細節。

動態范圍是指相機識別高亮光和陰影細節的能力。高動態范圍是指能夠從明亮和黑暗區域保留大量細節的能力。動態范圍值以分貝表示，單位為dB。由于動態范圍是對相機所能捕捉到的亮度的比較低值到比較高值的測量，因此動態范圍越高越好，因為這代表了相機可以捕獲圖像的環境范圍更大。低動態范圍和高動態范圍之間的對比如圖3所示，其中細節和顏色在高動態范圍內更清晰。此外，如需了解更多有關如何計算動態范圍及其與信噪比和滿阱容量的關系的信息，請閱讀博文《對比相機的同時了解動態范圍和信噪比》。

圖3｜動態范圍的比較

生命科學

由于病人和各種專業設備的高需求，診所空間有限，選擇安裝緊湊型設備會有很大的幫助。此外，醫學成像設備通常采用臺式設計。

在尺寸方面，板級相機的設計與許多外形尺寸和外殼兼容，以確保輕松集成到醫療設備中。醫療設備的尺寸通常在規劃階段就已經確定，這導致成像設備缺乏靈活性。這意味著大型相機解決方案將無法通過討論，因為如果無法將相機安裝在設備中，性能再好也無關緊要。

與類似尺寸的相機模塊競爭時，板級相機可直接替代許多尋求圖像質量升級的成像解決方案。板級相機模塊通常只是一個裸相機，但合適的板級相機可添加額外的設計選擇，幫助相機集成到視覺系統中。其中包括更輕薄的設計、側面裝的連接器和多種鏡頭類型選項。

TELEDYNE LUMENERA LT系列板級相機

某些視覺系統需要更緊湊、更輕便的解決方案，而這些是標準工業相機無法提供的。幸運的是，Teledyne Lumenera Lt系列板級相機（如圖4所示）配備了強大的傳感器技術，包括Sony?全局快門Pregius?和卷簾快門Starvis? CMOS傳感器。擁有像素在200至2000萬不等的多種板級相機型號，可以滿足各種成像應用需求。這些相機在設計時考慮到了嵌入式系統，其背面平齊，電纜連接器在側面，以比較大限度地減少視覺系統所需的空間。

圖4｜Teledyne Lumenera Lt系列板級相機

緊湊成像的鏡頭選項

鏡頭不再局限于單一的安裝類型。由于Lt系列板級相機設計，相機不包含鏡頭接口。因此，根據用戶終添加到視覺系統的接口類型，可以使用多種類型的鏡頭。C、CS和S（M12）鏡頭接口均可用于想要利用小尺寸優勢的嵌入式系統。C接口和CS接口鏡頭的示例如圖5所示。S接口鏡頭是一個不錯的選擇，因為其物理結構較小，所以往往要便宜得多。

圖5—C接口（左）和CS接口鏡頭（右）

外型輕薄，設計堅固

與傳統工業相機不同，Lt系列板級相機沒有堅固的外殼。相反，這些輕薄的相機具有小巧的外形，可比較大限度地延長視覺系統的總長度。同時也沒有犧牲工業相機所需的堅固設計元素。為保護Lt系列板級相機上的PCB和電子元件，Teledyne Lumenera使用工業級連接器將兩塊板固定在一起，以連接傳感器板與USB3接口。這為輕量化設計提供了工業級解決方案。

安裝堅固的連接器增加了航空成像等工業應用的價值。知道相機能夠防止強烈振動，意味著相機可向上移動至高海拔高度，而無需擔心環境條件影響圖像采集的完整性。為了進一步改善航空成像，Teledyne Lumenera還提供了一種訂購選項，可在相機PCB板上涂上保形涂料，以防潮。博文“利用保形涂料保護航空成像設備”中詳細介紹了保形涂料。

側裝式連接器易于安裝

對于許多應用來說，相機的尺寸是一大賣點。與連接器裝在背面的典型工業相機設計不同，板級相機的連接器安裝在側面，允許相機背面平放在其他組件上。在需要更小整體尺寸的成像系統中，采用板級相機允許使用17.1mm薄的相機（比較薄14.1mm）以減少視覺系統占用的物理空間，如圖6所示。

圖6｜Lt系列板級相機的緊湊尺寸

Lt系列板級相機還有用于側面安裝連接器的多個可選位置。連接器可以放置在任何一側，包括左側、右側、頂部或底部。對于航空成像等應用，視覺系統可使用立體成像技術，兩臺相機并排，甚至有兩臺以上的相機，可將接線放置在任何一側以比較大限度地減少干擾。這種鏡頭和接線部置的靈活性是整體設計選擇的基礎，使Lt系列板級相機成為強大的成像解決方案，適用于許多不同的應用。

靈敏度更高的新傳感器

TELEDYNE LUMENERA LT系列板級相機產品線采用了Sony的Starvis傳感器。搭載Sony全新低成本的Pregius傳感器，板級相機還結合了市場上比較高靈敏度和小尺寸的特點。每次升級，Starvis傳感器的靈敏度都在不斷提高，與類似尺寸的傳感器相比也是如此。

全局快門相機可與板級相機一起使用，但對于快速移動的對象也并非障礙的應用，Lt系列板級相機也有更實惠的卷簾快門選項，具有非常高的靈敏度，證明對弱光環境更有用。背照式傳感器顛覆了傳統的設計理念。Sony的Starvis傳感器系列將成像傳感器的光電二極管層轉移到傳感器的金屬布線上方。通過將光電二極管置于上層，更大范圍的入射光線可以激發傳感器并產生更亮的圖像。在傳統前照式傳感器中，金屬線位于光電二極管上方，阻擋了一些進入傳感器的光線，如圖7所示，圖中可以看到背照式傳感器的示意圖，允許更多光線到達光電二極管并提高相機靈敏度。

圖7｜傳統傳感器（左）和背照式傳感器（右）

Lt系列板級相機型號

Teledyne Lumenera Lt系列板級相機型號如下表所示。這些相機的像素從200萬到2000萬不等。除了Lt-C1900B只有彩色版本外，其他相機均有彩色或黑白傳感器版本。

如需了解板級相機以及如何為視覺系統挑選合適相機相關的更多信息，請訪問sales.lumenera@teledyne.com聯系Teledyne Lumenera的成像專家并訪問我們的官網teledynelumenera.com。