Auswahlkriterien beim Kauf einer Board-Level-Kamera

Nicht alle Kameras sind gleich

Kameras ohne Gehäuse und mit freiliegender Leiterplatte und Elektronik bezeichnet man als Board-Level-Kameras. Diese sind für Anwendungen geeignet, bei denen nur beschränkter Platz vorhanden ist und geringe Abmessungen, leichtes Gewicht oder attraktives Systemdesign wichtig sind. Entwickler, die an bildgebenden Systemen arbeiten, sehen sich einer immer größeren Auswahl an Kameras gegenüber. Daher wird ein Blick auf die fünf wichtigsten Aspekte, die bei der Wahl einer Board-Level-Kamera zu berücksichtigen sind, geworfen.

1. Benötige ich eine Board-Level-Kamera?

Board-Level-Kameras werden üblicherweise nur dann verwendet, wenn die Anwendung dies erfordert. Beispiele hierfür sind embedded-Anwendungen, wie mobiles 3D-Scannen, tragbares Eye-Tracking, unbemannte Luftfahrzeuge, mobile Kennzeichen-Erkennung, Biometrik oder digitale Mikroskopie. Die Kameras werden typischerweise für Anwendungen mit schwierigen mechanischen und optischen Konstruktionsanforderungen gewählt und oft für kostensensible Anwendungen eingesetzt. Zwar sind manche Kameras tatsächlich zu einem geringen Preis erhältlich, die geringeren Kosten sind aber eher auf schwächere Performance und weniger Funktionen des Produkts zurückzuführen, als auf die Tatsache, dass die Kamera über kein Gehäuse verfügt. Bei Kamera-Serien mit und ohne Gehäuse ist der Preisunterschied im Allgemeinen unbedeutend. Allerdings unterscheiden sich die behördlichen Richtlinien zur Zertifizierung von Board-Level-Kameras von denen für Kameras mit Gehäuse. Daher ist bei der Zertifizierung eines Produktes Vorsicht geboten, wenn dieses eine Board-Level-Kamera verwendet.

2. Bestehen Risiken bei der Verwendung von extrem kostenoptimierten Board-Level-Kameras?

Die kurze Antwort: JA! Dies gilt insbesondere für Anwendungen, in denen der zuverlässige Betrieb der Kamera entscheidend ist. Viele solcher Kameras haben z.B. keinen Frame-Buffer (Bildzwischenspeicher). Dieser ist für die zuverlässige Bildübertragung an den Host-Computer entscheidend. Kameras ohne Frame-Buffer können fehlerhafte Bilder liefern. Diese treten auf, wenn die CPU des Computers oder der Host-Controller zeitweise keine Daten von der Kamera verarbeiten kann und nur Teile des Bildes übertragen werden. Wenn die Kamera über einen Frame-Buffer verfügt, kann der Host-Controller eine erneute Übertragung der Daten veranlassen. Damit wird sichergestellt, dass die Bilddaten vollständig und korrekt sind. Des Weiteren verwenden extrem kostenoptimierte Kameras häufig keine abgeschirmten IO-Kabel, Metallgehäuse oder gesicherte Steckverbinder. Der Preisunterschied zu einer Standard-Industriekamera für die Bildverarbeitung liegt manchmal bei nur 10%. Die Vorteile hingegen können einen erheblichen Einfluss, sowohl auf die Entwicklungskosten als auch auf die Betriebskosten, haben. Und nicht zuletzt muss mit Board-Level-Kameras sehr sorgfältig umgegangen werden. Komponenten auf der Platine können leicht mechanisch beschädigt werden und müssen daher vor elektrostatischer Entladung (ESD) geschützt werden. ESD kann freiliegende Elektronik schädigen und somit die Lebensdauer der Kamera reduzieren.

3. Können Board-Level-Kameras eingesetzt werden, wenn hohe Anforderungen an die Bildqualität gestellt werden?

Absolut! Die Chameleon3 USB3-Kamera ist ein gutes Beispiel für eine Board-Level-Kamera, die kostengünstig erhältlich (ab 219EUR) und für anspruchsvolle Bildgebungs-Anwendungen geeignet ist. Mit einer Größe von 40x31mm ist sie sowohl mit CCD- als auch mit CMOS-Sensoren erhältlich. Die ersten Modelle verwenden die Sony CCD-Sensoren ICX445 1,3MP (30fps) und ICX818 2,8MP (13fps). Der Einsatz von Hochleistungs-CCDs in einer USB3-Board-Level-Kamera ist selten, aber in schwach beleuchteten biomedizinischen und Mikroskopie-Anwendungen wichtig, in denen eine lange Belichtungszeit (bis zu 32s) mit geringem Rauschen entscheidend ist. Gleichermaßen unterstützt die Kamera schnelle Global-Shutter-CMOS-Sensoren, wie den Python1300 1,3MP bei 150fps. Die hohe Framerate der Kamera macht sie für Tracking-Anwendungen ideal. Gleichzeitig ist sie durch den CMOS-Einsatz für Außenanwendungen geeignet, da anders als bei CCD-Sensoren keine Smear- und Blooming-Effekte auftreten.

4. Kann eine Board-Level-Kamera einfach in meine Konstruktion integriert werden?

Wie einfach die Integration ablaufen kann, hängt von der Unterstützung des Herstellers ab. Die Chameleon3 ist z.B. in drei verschiedenen Konfigurationen erhältlich, darunter die Gehäuse-Variante mit CS-Mount und die Board-Level-Variante mit CS- oder S-Mount (M12). Die Integration wird über Online-Ressourcen erleichtert, wie z.B. 3D-CAD-Modelle. Der flexible Aufbau der Kamera, bestehend aus zwei Platinen, ermöglicht die individuelle Anpassung für Kunden die vor besonderen mechanischen Herausforderungen stehen. Bei größeren Stückzahlen lässt sich auch eine Kamera mit abgesetztem Kamerakopf realisieren. Für die Bildaufnahme und die Steuerung steht Kunden das FlyCapture2 Software Development Kit zur Verfügung. Dieses kann sowohl auf Windows und Linux als auch ARM-Prozessor basierten Systemen betrieben werden. So kann die Kamera für unterschiedlichste bildgebende Systeme auf Einzelplatinencomputern verwendet werden, und hilft so, die Größe und die Kosten der Gesamtlösung zu reduzieren. USB3 Vision-Kompatibilität, vier IO-Pins, 1MB Flash-Speicher, integrierte Farbverarbeitung, automatische Belichtungssteuerung, eine Look-Up-Tabelle und vieles mehr, zusammen mit einer Bearbeitung der Email-Anfragen innerhalb von 24h helfen wir die Integration zu vereinfachen.

5. Kann jeder Hersteller Board-Level-Kameras produzieren?

Die Herstellung einer Board-Level-Kamera an sich ist nicht schwer. Die Herstellung einer leistungsstarken Board-Level-Kamera stellt dagegen durchaus eine Herausforderung dar. Qualität und Erfahrung in der Herstellung sowie Produktionskapazitäten sind wesentliche Aspekte, die zu berücksichtigen sind. Point Grey stellt seit über dreizehn Jahren Board-Level-Kameras her. Die Erfahrung, die man im Laufe der Zeit sammeln konnte, spiegelt sich in der Chameleon3 und ihren Eigenschaften wider. Darunter Hochleistungs-CCDs, Frame-Buffer, eine Metallgehäuse-Option, gesicherte Steckverbinder und andere Details, wie ein Schutzglas, das in den CS-Objektivhaltern eingearbeitet ist. Die sorgfältige Platzierung der elektronischen Komponenten hilft, Beschädigungen während des Einbaus durch den Kunden vorzubeugen. Die SMT-Bestückung, die abschließende Montage und die Prüfung der Kamera erfolgt im ISO 9001:2008 zertifizierten Werk in Richmond, Kanada. Die Qualitätskontrolle ermöglicht es, eine dreijährige Garantie auf die Kamera zu gewähren. Mit einer Kapazität von über 150.000 Kameras pro Jahr kann Point Grey auch Anwendungen, die hohe Stückzahlen erfordern, gerecht werden.

Fazit

Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass jede Anwendung und jede Systemkonstruktion sich in ihren Anforderungen unterscheiden. Daher ist ein gründlicher Vergleich aller am Markt erhältlichen Optionen im Voraus notwendig, um die richtige Kamera auszuwählen.