如何设计相机:
在相机设计中选择组件的指南

by | SLIMDESIGN |最后更新:2022年1月18日

糖果彩经常被问到消费电子产品的发展需要什么. 给大家一个深刻的认识, 糖果彩以相机的开发为例来说明所需的不同步骤和专业知识. 在这篇文章中, 糖果彩将给出一个总结,所有的决定,需要在组件选择过程中为相机的发展.

在SLIMDESIGN,糖果彩知道产品开发过程中最关键的部分之一就是为您的产品选择正确的组件. 这就是为什么糖果彩已经在早期阶段就开始了预选组件, 在所有产品需求和特性确定之后. 零部件的选择并不只是决定产品最终规格和价格的关键因素, e.g. 一台更快但更贵的汽车能使你的车跑得更快, 但除此之外,对产品设计也有巨大的影响, 供应链管理, 以及创新水平.

仅仅根据需求选择组件总是会导致矛盾的结果. 糖果彩都想要规格最高、规格最小、价格最低的产品. 为了解决这些矛盾,糖果彩使用自己的设计方法. 糖果彩已经开发了一个集成的, 精益, 允许设计的开发过程, 机械, 软件, 以及电气工程的无缝衔接.

选择正确的组件是一项定制工作,并且对每个产品设计过程都是独特的. 让您更深入地了解在选择组件时发挥作用的一些方面, 糖果彩以相机的设计为例. 在这篇文章中, 糖果彩将向您展示您需要的组件, 以及它们在你的最终产品中造成的权衡.

相机开发就是这样一个项目,你需要一个专门的项目团队. 这可以确保你更有效率, 灵活的, 而且比传统方法快, 不会在过程中丢失信息. 为了简化这个过程,糖果彩利用 规范的循环,以审查和验证哪些需求是优先级,以及它们如何相互影响. 用这种方法, 糖果彩保护项目不受后期难以更改或解决的意外情况的影响.

处理模块

每一个物联网设备都需要一个组合 处理器、内存、视频编码器/解码器和其他芯片. ); These are technically spoken the brains of your device. 这里是需要做出第一个需求决定的地方. 您可以单独开发和获取这些组件,也可以选择SOM(模块上的系统)中组合的所有组件。, 芯片上的系统, 或SIP(系统包).

所以什么时候选择哪个? SOM是可互换的,更容易,更快地集成在PCB上. 但是,更贵,更大. SIP是一组模块,所有组件都打包和堆叠在一起,SOC是一个一级芯片,所有组件集成在一起,可以直接焊接到PCB上

对于高通或Ambarella等大公司的大多数包, 你需要大量的订单(100K)才能进行订购并获得适当的开发支持. 如果你们的订货量不够的话, 可能更容易获得第三方系统,包括他们的SDK(软件开发工具包). 这降低了开发时间和成本,但以较高的部分价格.

最重要的是要有完整的SDK和评估工具包, 与正确层次的文档相结合. 特别是在项目开始的时候,很多需求可能还没有定义. 它有助于启动开发,因为您可以直接使用工作原型开始测试和审查这些需求, 而不是在设计上浪费时间和资源, 发展中, 并从头开始生产PCB和配套软件.

图像质量

图像质量的要求可以根据您正在设计的相机的用例来定义. 确保预先确定和设置这些需求,可以确保您在以后的过程中不会浪费时间. 图像质量是一个集合术语,由 图像分辨率,帧率,可能是晚上 视野,视野和镜头变形. These choices made on these also have a big impact on the other hardware like; chipset, 内存, 电力消耗, 和成本.

因此,要确定这些要求,请问自己以下问题.

  • 图像分辨率: 你想在最终图像中显示的像素数, 您的应用程序真的需要更高的分辨率吗?
  • 帧率: 你希望每秒显示多少帧?
  • 晚上 愿景: 你需要你的相机能够在黑暗中拍摄吗, 如果是这样, 这个夜视图像需要看起来有多好?
  • 视野: 你想让你的相机能够拍摄广角镜头吗? 你是要在远处还是近处填充对象? 或两个?
  • 镜头畸变: 镜头对我最终的图像有多大的影响? 是否有必要让图像中的所有直线看起来都是直线?

图像传感器

基于您在上面选择的需求, 您现在可以研究什么样的图像传感器适合您的需要. 如今,大多数消费产品都使用CMOS传感器. 这些有3个主要品牌 索尼OmnivisionOnsemicon (正式名称为Aptina). 这里的挑战是找到适合您的应用程序的传感器. 像素数、帧率和像素大小是最重要的标准. 根据糖果彩的经验,Onsemicon的传感器以合理的价格适合糖果彩的大多数应用程序.

 

Optics

传感器尺寸, 决议, 以及所选镜头的视场, 你现在可以聚焦在相机的Optics部分. 现在,购买相机模块是很常见的, 哪个是一个模块中的传感器和Optics的组合.  但是您的项目可能有特定的需求. 你可能需要一个超广角或一个非常低的总长度. 糖果彩总是从不同的供应商选择几个镜头,并测试他们的第一个工作原型. To make this work; hardware, 机械, 软件 engineers need to work seamlessly together. 但当你看到游戏原型的第一张图像出现在屏幕上时,你便会产生一种成就感!

夜视

当需要夜视时, 红外发光二极管 和一个 IR-Cut开关 都是可行的解决方案. 因为有ir切割滤波器, 白天有彩色的图像,而在光线较暗的情况下有高对比度的低彩色图像. 夜视的另一种可能性是选择一个非常光敏感的传感器 背后照明 高动态范围. 在光线较暗的情况下,这也能提供相当不错的彩色镜头,但与红外led相比,对比度较低.

无线连接

将高质量的镜头记录到内部存储器或sd卡是糖果彩开发的大多数相机解决方案的标准功能. 但通常会有人要求通过wifi或蜂窝网络将视频传输到云端和/或其他设备. 在其他用例中,可能需要蓝牙连接. 如本文开头所述, 有时这些特性被集成到处理模块中, 但通常你需要单独的wifi或蜂窝模块来添加这些功能. 这些模块有很多变体. 为了减少开发时间和风险,选择预先Certification的模块非常重要,这些模块最好带有开发工具包和/或SDK.

天线集成

每一个不同的无线电/无线连接需要一个或多个天线. 根据频率和技术的不同,这些是PCB上的非常小的陶瓷组件,或设备顶部的大型橡胶天线. There are a couple of main rules when designing with antennas; bigger is better and make sure they are positioned as far as possible from each other, 以及高灵敏度和高速组件. 通常天线的集成开始于设计过程的后期,这可能会导致较低的天线和连通性性能. 这将导致更高的传输和电池使用和降低用户体验. 这就是为什么你应该在早期就尝试整合所有的天线. 在SLIMDESIGN,糖果彩在设计中与天线专家一起模拟和原型天线,以验证位置,然后制作第一个集成工作原型. 确保性能符合要求.

热优化

当4g直播摄像机的所有功能被激活时,它会消耗高达5瓦的电力,并产生大量的热量. 对于某些部件,在60+°c的温度下运行是没有问题的,但其他部件则需要保持尽可能低的温度. 例如, 当温度上升到40℃以上时,CMOS图像传感器会产生大量噪声, 而且在更高的温度下,脂肪电池的寿命退化得更快. 除了这些技术方面的温度, 用户触摸温度超过48摄氏度的金属表面会感到疼痛.

要控制内部温度,你可以对相机进行热分析, 并在此基础上优化材料和设计,以最小化过热的风险. 当你使用热流分析软件时, 所有优化可以直接同时进行比较,以减少开发时间.

水的阻力

防水有时似乎只是另一个要求,但对设计和工程的影响是显著的. 当你想做一个防水的设备, 第一步是确定产品需要的水密程度. 最常用的评定水密性的方法是 IP-ratings表 如图所示. 从IP-x1的最低级别开始, 从工程的角度来看,向IP-x9迈进的每一步都变得越来越困难. 每一个较高水密级别对外壳所有连接的影响, 按钮, 海豹变得更具挑战性. 尽管已经有多种方法可以用来制造水密密封件, 你总是需要原型化并测试这些解决方案. 为了确保设备通过IPCertification,糖果彩通常在工作室使用糖果彩的测试方法. 当糖果彩对提出的解决方案有信心时,糖果彩使用 统一人体检测实验室 的Certification.

 

Certification

每个物理产品都需要对用户和环境尽可能安全. 在开始开发之前, 讨论和确定目标市场,确保你没有错过重要的法律要求. 这并不是产品开发中最有趣的部分,但是如果你不这么做的话,你的产品将会受到很大的影响! 根据目标市场和使用的技术,您必须遵守特定的法规. 有些是基于地区的,如欧洲的CE和美国的FCC. 其他的则是基于技术要求. 当你的设备中有一个带天线的收音机时,你需要FCCCertification,当你想使用例如蓝牙或WiFi图标时,你需要专门的Certification. 还有许多基于客户偏好的Certification,如IP防水性能, 军事mil-spec, 或Atex防爆.

永远不会有完美的组件.

正如您可以在上面的文章中看到的那样, 为像相机这样的产品选择合适的组件总是一种权衡. 尤其是在芯片短缺的今天, 这将增加交货期和价格的许多你想要的组件, 找到适合您需求的组件, 预算和进度是一项非常具体的工作. 这将要求您根据项目的风险程度在这些因素之间进行选择. 即使糖果彩有这么多年的经验, 可信赖的全球供应商网络, 以及基于组件的设计方法, 有时仍然很难找到理想的组件.

想了解更多关于糖果彩的 产品支持服务或者糖果彩的另一个 设计服务? 请 糖果彩,或要求 免费设计咨询.

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