Когда инженерная группа OEM-производителя оценивает неохлаждаемый тепловизионный модуль, в первую очередь обычно обсуждаются разрешение и эквивалентная шуму разность температур (NETD). Эти параметры действительно важны. Однако если спросить руководителя проекта, недавно выпустившего тепловизионное изделие, что в действительности отняло несколько недель от графика разработки, ответ редко будет связан с характеристиками детектора.

Причиной может оказаться необходимость добавить USB-устройство видеозахвата, поскольку тепловизионный модуль выдаёт только сигнал CVBS. Или необходимость разработать отдельный узел питания, потому что модуль поддерживает только одно строго заданное входное напряжение. Либо целый спринт, потраченный на разработку прошивки для коррекции неоднородности (NUC), поскольку модуль перекладывает эту задачу на процессор хост-системы.

Такие затраты на интеграцию вполне реальны. Каждый дополнительный компонент в перечне компонентов (BOM) — микросхема-преобразователь, стабилизатор напряжения или плата интерфейсного адаптера — означает дополнительный срок поставки, занимаемое место на печатной плате, затраты на разработку прошивки и трудозатраты на валидацию. Тепловизионный модуль, который выполняет больше таких функций самостоятельно, не только снижает себестоимость одного изделия, но и сокращает сроки разработки.

В этой статье рассматриваются пять тепловизионных модулей, объединённых общим подходом к проектированию: каждая модель разработана под определённую комбинацию интерфейсов, а основные задачи интеграции выполняются самим модулем, а не перекладываются на OEM-производителя.

В линейке предусмотрены четыре различные комбинации видеоинтерфейсов. Четыре из пяти моделей поддерживают одновременный вывод двух видеопотоков. Диапазон входного напряжения 4,5–24 В устраняет необходимость в отдельном узле стабилизации питания, а встроенная коррекция неоднородности (NUC) выполняется с использованием автоматической шторки.

Суть не в том, что одна модель способна решить абсолютно все задачи. Суть в том, что линейка достаточно широка, чтобы вы могли выбрать модуль, уже соответствующий архитектуре вашего изделия, а не добавлять внешние компоненты для реализации функций, которые изначально должен был выполнять сам модуль.

Четыре комбинации интерфейсов — одна линейка продукции

Большинство тепловизионных модулей в каждой конкретной модели оснащается только одним видеоинтерфейсом. При оформлении заказа приходится выбирать USB, параллельный интерфейс CMOS или CVBS. Если впоследствии вашему устройству потребуется второй формат выходного сигнала, придётся добавлять внешнее оборудование.

Эти пять модулей охватывают четыре различные комбинации интерфейсов. Каждая комбинация специально разработана для определённого сценария интеграции.

B256B1

Разрешение 320×240, частота кадров 50 Гц, объектив 3,6 мм с горизонтальным углом обзора 50°. Входное напряжение 5–24 В, потребляемая мощность менее 1,5 Вт. Размеры головки камеры: 19,5×19,5×20,8 мм. Плавный цифровой зум 1,0–4,0×, переворот изображения по трём осям. Модуль разработан для интеграции в устройства с ограниченным внутренним пространством, в которых требуются аналоговый канал отображения и цифровой канал записи.

Вот что разнообразие интерфейсов означает на практике: вы не привязаны к одному тракту передачи сигнала. Вам не приходится добавлять устройство видеозахвата из-за того, что модуль поддерживает только аналоговый выход. Вам не приходится добавлять ЦАП видеосигнала из-за того, что модуль поддерживает только цифровой выход. Вы выбираете модель (SKU) с комбинацией интерфейсов, под которую уже спроектирована ваша печатная плата. Если линейка вашей продукции включает несколько аппаратных архитектур, разные модели имеют унифицированные механические посадочные размеры.

Интеграционные функции, выполняемые внутри модуля

Разнообразие интерфейсов решает проблему тракта передачи сигнала. Интеграция функций непосредственно в модуль решает все остальные задачи. Три следующих направления особенно существенно сокращают сроки реализации OEM-проекта.

Коррекция неоднородности (NUC) и управление шторкой — выполняются внутри модуля

Микроболометрические детекторы подвержены температурному дрейфу. Коррекция неоднородности выполняет повторную калибровку пиксельной матрицы, подавляя шум фиксированной структуры. В некоторых тепловизионных модулях эта задача перекладывается на хост-систему: модуль передаёт поток необработанных данных, а команда разработчиков встроенного ПО со стороны интегратора разрабатывает алгоритм калибровки, управляет моментами срабатывания шторки и поддерживает таблицы коррекции. На это легко может уйти целый спринт разработки встроенного ПО.

Каждый модуль этой линейки самостоятельно выполняет NUC средствами собственного встроенного ПО. Механическая шторка срабатывает автоматически в соответствии с заданным алгоритмом. При необходимости хост-система может запустить ручную калибровку через UART для моделей B640A1 и B640A2 либо через управляющее ПО хост-системы по USB для модели B256A1. Однако используемый по умолчанию режим автоматической шторки не требует никакого вмешательства со стороны хост-системы. Для команды, разрабатывающей компактный тепловизионный наблюдательный прибор, автоматическое выполнение NUC самим модулем сокращает объём разработки встроенного ПО на стороне хост-системы.

Входное питание — прямое подключение к аккумуляторной шине

B640A1 поддерживает входное напряжение от 4,5 до 18 В. Диапазон входного напряжения B640A2 составляет 5–18 В. У моделей B256B1 и B960B1 этот диапазон расширен до 5–24 В. B256A1 питается от USB с напряжением 5 В.

Литиевый аккумулятор 3S с номинальным напряжением 11,1 В, бортовая сеть автомобиля 12 В или шина питания USB 5 В — модуль можно напрямую подключить к любому из этих источников питания. Отдельный понижающий DC/DC-преобразователь не требуется. LDO-стабилизатор не требуется. Также не требуется фильтрующая цепь, специально рассчитанная на нагрузку одного модуля.

Типичная потребляемая мощность моделей серии A составляет 0,8 Вт, а моделей серии B — менее 2 Вт. В большинстве корпусов пассивного отвода тепла через корпус модуля достаточно для рассеивания тепловой нагрузки. Дополнительные затраты на тепловое проектирование сводятся к нулю.

Унифицированная конструкция для разных разрешений

Модели B640A1, B640A2 и B256A1 имеют одинаковое поперечное сечение 21×21 мм, а их длина составляет от 29,8 до 34,48 мм. Поперечное сечение 21×21 мм позволяет размещать модули в компактных корпусах стабилизированных подвесов, полезных нагрузках БПЛА, портативных приборах для технического контроля и других системах формирования изображений с ограниченным внутренним пространством.

Поскольку три конфигурации с разным разрешением и разными интерфейсами имеют одинаковые монтажные размеры, OEM-производитель может разработать один корпус и устанавливать в него разные тепловизионные модули в зависимости от варианта конечного изделия. При переходе на более высокое разрешение изменение производственной оснастки не требуется.

Модели B256B1 и B960B1 имеют меньшие или отличающиеся форм-факторы, оптимизированные для соответствующих областей применения: размер головки камеры B256B1 составляет 19,5×19,5 мм, а размер B960B1 — 22×22 мм. При этом внутри каждого подсемейства сохраняется тот же принцип унификации.

Для каких задач подходит каждая комбинация интерфейсов

Разные изделия предъявляют повышенные требования к различным элементам интерфейсной архитектуры. Ниже показано, как эти комбинации интерфейсов соотносятся с распространёнными задачами OEM-интеграции:

Как другие участники рынка реализуют интерфейсы

Сравнение архитектур интерфейсов разных производителей в сопоставимом ценовом диапазоне:

Ни один из этих продуктов нельзя назвать плохим. Выбор зависит от того, насколько интерфейс соответствует архитектуре изделия. Если на печатной плате достаточно места для платы-переходника, в бюджете предусмотрены соответствующие расходы, а у команды разработчиков встроенного ПО имеются ресурсы для реализации коррекции неоднородности (NUC), Boson может оказаться подходящим выбором.

Если требуется одновременно выводить аналоговый и цифровой видеосигналы, а модуль должен получать питание непосредственно от аккумуляторной шины, многоинтерфейсный подход позволяет исключить дополнительные компоненты и сократить трудозатраты инженеров — преимущества, которых не обеспечивают альтернативные модули с единственным выходом.