Embedded Vision vs. klassische Industriekameras für Ihr OEM-Produkt

Wenn Sie als OEM Bildverarbeitung in ein Produkt integrieren, erweist sich eine der frühesten Entscheidungen zugleich als eine der weitreichendsten. Bauen Sie rund um eine klassische Industriekamera und einen separaten Rechner, oder gehen Sie den eingebetteten Weg, mit der Bildverarbeitung direkt in Ihrer eigenen Hardware? Das prägt Ihre Baugröße, Ihre Stückkosten, Ihr Energiebudget, Ihre Markteinführungszeit und wie stark Ihr Entwicklungsteam in die Bildverarbeitung eingebunden wird. Machen Sie es richtig, verschwindet die Bildverarbeitung in einem sauberen Produkt. Machen Sie es falsch, sind Sie entweder überdimensioniert und langsam oder auf einen Weg festgelegt, den Ihr Team nicht tragen kann.

Das ist keine Frage mit einer einzigen richtigen Antwort. Wer Ihnen sagt, eingebettet sei immer die Zukunft oder klassisch sei immer sicherer, will Ihnen etwas verkaufen. Es hängt von Ihrem Produkt ab, von Ihren Stückzahlen und, mehr als von allem anderen, von den Fähigkeiten Ihrer Ingenieure. Dieser Leitfaden vergleicht die vier wichtigsten Ansätze, eine Kamera mit einem PC, ein eingebettetes System, ein System-on-Module oder eine Kamera auf Platinenebene sowie eine Smart-Kamera, anhand der Aspekte, die für einen OEM wirklich zählen: Baugröße, Energie, Kosten und Flexibilität. Er greift außerdem die Schnittstellendebatte auf, die unter all dem liegt, samt der damit verbundenen Entscheidungen zwischen ARM, x86, Windows und Linux.

Die vier Ansätze, einfach erklärt

Eine klassische Kamera mit einem PC. Eine Industriekamera verbindet sich über eine Standardschnittstelle mit einem separaten Rechner, der die Verarbeitung übernimmt. Das ist die klassische Architektur der Bildverarbeitung. Sie ist die leistungsfähigste und flexibelste. Sie ist außerdem am schnellsten einsatzbereit, da die Schnittstellen und die Software ausgereift und gut unterstützt sind. Für einen OEM ist es die größte und energiehungrigste Option. Kamera und PC zusammen verursachen die höchsten Stückkosten. Sie eignet sich für niedrige bis mittlere Stückzahlen und für Produkte, bei denen die Markteinführungszeit wichtiger ist als das letzte Quäntchen an Baugröße und Kosten.

Ein eingebettetes System. Hier verbindet sich die Kamera mit einem kompakten eingebetteten Rechner statt mit einem vollwertigen PC. Sie behalten viel von der Flexibilität eines PC-basierten Systems in einem deutlich kleineren, energiesparenderen Paket. Die eingebetteten Rechner, die wir von Neousys liefern, sind genau dafür gebaut, robust, lüfterlos und kompakt, und führen die Verarbeitung nahe am Sensor aus. Das ist ein starker Mittelweg für einen OEM, der ein kompaktes Produkt in Stückzahl möchte, ohne den vollen Entwicklungsaufwand eines Designs auf Platinenebene zu tragen.

Ein System-on-Module oder eine Kamera auf Platinenebene. Das ist eingebettet im umfassendsten Sinne. Eine nackte Sensorplatine verbindet sich, oft direkt über MIPI oder GMSL, mit einem Verarbeitungsmodul wie einem NVIDIA Jetson. Sie integrieren dieses Modul in Ihre eigene Trägerplatine und Ihr eigenes Gehäuse. Es ist die kleinste, energiesparendste und, bei hoher Stückzahl, günstigste Option pro Einheit. Der Helios Flex von LUCID, ein eingebettetes Time-of-Flight-Modul (ToF) für Jetson, ist ein Beispiel für die Art von Modul, die dieser Ansatz verwendet. Der Preis all dieser Effizienz ist Entwicklungsaufwand. Das ist der anspruchsvollste Integrationsweg. Er zahlt sich nur bei Stückzahl und mit dem richtigen Team aus.

Eine Smart-Kamera. Eine Smart-Kamera vereint Sensor und Verarbeitung in einer einzigen versiegelten Einheit. Es gibt überhaupt keinen separaten Rechner. Für einen OEM ist sie kompakt, eigenständig und schnell zu integrieren. Sie kann eine elegante Möglichkeit sein, eine definierte Prüfung in ein Produkt einzubauen. Der Kompromiss ist die Flexibilität, denn Sie arbeiten innerhalb dessen, was das Gerät bietet, statt frei zu bauen. Sie eignet sich für eine klar definierte Aufgabe, weniger für eine Anwendung, von der Sie erwarten, dass sie sich stark verändert.

Wie sie im Vergleich abschneiden

Hier das Gesamtbild über die Faktoren, die bei einem OEM-Design zählen. Nehmen Sie es als Überblick über die Kompromisse, nicht als Rangliste. Die richtige Wahl hängt vollständig von Ihrem Produkt und Ihren Stückzahlen ab.

Lesen Sie die Tabelle von links nach rechts, ist das Muster durchgängig. Je weiter Sie von einer Kamera mit PC hin zu einem Design auf Platinenebene gehen, desto kleiner, energiesparender und günstiger pro Einheit wird das Produkt. Der Entwicklungsaufwand, um dorthin zu gelangen, steigt. Dieser Kompromiss, Effizienz pro Einheit gegen Entwicklungsaufwand, ist die eigentliche Achse, um die sich diese ganze Entscheidung dreht.

Die Schnittstellendebatte: Standard gegen eingebettet

Unter der Hardware-Entscheidung liegt eine Debatte, die sich durch unsere gesamte Branche zieht. Es ist die, die OEMs am häufigsten in Schwierigkeiten bringt. Es ist die Wahl der Kameraschnittstelle. Genauer gesagt, die standardisierten Bildverarbeitungsschnittstellen gegen die eingebettet-nativen.

Auf der einen Seite stehen die Standardschnittstellen, allen voran GigE Vision und USB3 Vision. Das sind ausgereifte, breit unterstützte Industriestandards. Eine Kamera, die GigE Vision oder USB3 Vision spricht, funktioniert sofort mit etablierter Bildverarbeitungssoftware, verbindet sich über Standardverkabelung und verhält sich vorhersehbar. Für einen OEM ist der Gewinn Geschwindigkeit und geringes Risiko. Ihre Ingenieure müssen keine Bildverarbeitungsspezialisten werden, um ein Bild aus der Kamera zu bekommen. Der Standard und die Software erledigen diese Arbeit für Sie.

Auf der anderen Seite stehen die eingebetteten Schnittstellen, MIPI und GMSL. MIPI verbindet einen Sensor direkt über eine sehr kurze, effiziente Verbindung mit einem eingebetteten Prozessor. Das ist es, was Designs auf Platinenebene so klein und energiesparend macht. GMSL erweitert diese Idee über ein längeres Kabel. Deshalb ist es in der Automobilbranche und in eingebetteten Mehrkamerasystemen verbreitet. Diese Schnittstellen sind der Schlüssel zu den Vorteilen bei Baugröße, Energie und Kosten eines echten eingebetteten Designs.

Hier ist der Kern. Es ist der Punkt, über den die meisten Vergleiche hinweggehen. Die Wahl zwischen Standard- und eingebetteten Schnittstellen ist eigentlich keine Frage danach, was technisch besser ist. Sie läuft auf zwei Dinge hinaus, die Fähigkeiten Ihres Entwicklungsteams und die Softwarezeit, die die Umsetzung braucht. Eine Standardschnittstelle wie GigE Vision liefert Ihnen einen funktionierenden, unterstützten Softwareweg. MIPI und GMSL tun das nicht. Eingebettet zu gehen bedeutet, dass Ihr Team die hardwarenahe Treiberarbeit, das Sensor-Tuning und die Softwareintegration übernimmt, die eine Standardschnittstelle für Sie erledigt hätte. Diese Arbeit ist für ein fähiges eingebettetes Team durchaus machbar. Sie ist ein ernstes Unterfangen für eines ohne diese Erfahrung. Manch ein OEM wurde von den Stückkosten zum Eingebetteten gezogen und stellte dann fest, dass die Entwicklungszeit für die Umsetzung von MIPI oder GMSL die Ersparnis auslöschte, zumindest beim ersten Produkt. Genau diesen Kompromiss behandeln wir in unserem Leitfaden zu Bildverarbeitungsschnittstellen. Es ist das Wichtigste, worüber Sie sich im Klaren sein sollten, bevor Sie sich festlegen.

ARM oder x86, Windows oder Linux

Die Wahl der Architektur kommt mit der Embedded-Entscheidung im Paket. Es lohnt sich zu verstehen, wie die Teile zusammenpassen. Grob gesagt läuft klassische PC-basierte Bildverarbeitung auf x86-Prozessoren, der Architektur gewöhnlicher Rechner, während die meisten eingebetteten Bildverarbeitungsmodule auf ARM-Prozessoren laufen, der Architektur der Geräte der Jetson-Klasse, um die herum Designs auf Platinenebene gebaut werden.

Der Unterschied ist wichtig, weil er Ihre Software betrifft. x86 ist die etablierte Heimat der Bildverarbeitungssoftware. Auf einem x86-System, ob vollwertiger PC oder eingebetteter x86-Rechner, laufen die meisten Bildverarbeitungsbibliotheken und -werkzeuge mit dem geringsten Reibungsverlust. ARM ist das Herz der energiesparenden eingebetteten Welt. Dort lebt die moderne Edge-KI-Hardware. Aber nicht jede Bildverarbeitungsbibliothek unterstützt es gleichermaßen vollständig. Etwas Portierung oder Anpassung kann nötig sein. Eine ARM-Platine kann Ihnen also die Baugröße, die Energieeffizienz und die KI auf dem Gerät geben, die Sie wollen, um den Preis eines sorgfältigeren Softwarewegs.

Das Betriebssystem folgt tendenziell. x86-Bildverarbeitungssysteme laufen sehr oft unter Windows, der Plattform, auf die viele industrielle Bildverarbeitungspakete zuerst abzielen. Eingebettete und ARM-Systeme laufen häufiger unter Linux. Es eignet sich für kompakte, dedizierte Geräte höherer Stückzahl und ist auf den Edge-KI-Plattformen Standard. Keines ist einfach besser. Windows kann der schnellere Weg mit Bildverarbeitungssoftware von der Stange sein, während Linux sich für ein schlankes, eingebettetes Produkt eignet, das Sie selbst bauen und kontrollieren. Das Thema, das sich durch all diese Entscheidungen zieht, ist dasselbe wie bei der Schnittstellendebatte, je effizienter und eingebetteter Sie gehen, desto mehr verlagert sich die Softwarelast auf Ihr eigenes Team.

Wie Sie entscheiden

Fasst man das zusammen, geht es bei der Entscheidung weniger um die Technik im Abstrakten als darum, den Ansatz an Ihre Situation anzupassen. Ein paar schlichte Fragen klären das schneller als jeder Spezifikationsvergleich.

Wie hoch ist Ihre Stückzahl? Die Entwicklungskosten eines eingebetteten Designs auf Platinenebene sind eine feste Investition, die Sie einmal zahlen und dann über jede Einheit verteilen. Bei hoher Stückzahl zahlt sie sich reichlich in niedrigeren Stückkosten aus. Bei niedriger Stückzahl nie. Eine Kamera mit einem PC oder ein eingebettetes System ist die bessere wirtschaftliche Wahl.

Wie sehr schränken Baugröße und Energie Sie wirklich ein? Wenn Ihr Produkt wirklich winzig sein oder mit einem knappen Energiebudget auskommen muss, drängt Sie das zu eingebetteten Designs und Designs auf Platinenebene. Wenn nicht, nehmen Sie womöglich Entwicklungsaufwand für einen Nutzen auf sich, den Ihr Produkt nicht braucht.

Was kann Ihr Entwicklungsteam tatsächlich stemmen? Das ist die entscheidende Frage. Es ist die, die am häufigsten unterschätzt wird. Ein Team mit Erfahrung in eingebettetem Design und hardwarenaher Kameraintegration kann MIPI, GMSL, ARM und Linux stemmen und den vollen Nutzen ziehen. Ein Team ohne diesen Hintergrund wird eine Standardschnittstelle und eine klassischere Architektur weitaus schneller, weitaus risikoärmer und günstiger finden, sobald die Entwicklungszeit mitgezählt wird.

Wie schnell müssen Sie am Markt sein? Eine Standardkamera an einer Standardschnittstelle ist der schnellste Weg zu einem funktionierenden Produkt. Ein eingebettetes Design auf Platinenebene ist der langsamste. Wenn bei diesem Produkt die Geschwindigkeit am wichtigsten ist, kann das allein den Ausschlag geben. Sie können in der nächsten Generation immer zu einem stärker integrierten Design wechseln, sobald das Konzept bewiesen ist.

Die richtige Antwort ist die, die Ihr Team bauen kann

Es gibt keinen allgemeingültig besten Weg, Bildverarbeitung in ein OEM-Produkt zu bringen. Eine klassische Kamera und ein PC geben Ihnen Flexibilität und Geschwindigkeit um den Preis von Baugröße und Stückpreis. Ein eingebettetes System tauscht ein wenig dieser Flexibilität gegen ein deutlich kleineres, energiesparenderes Paket. Ein Design auf Platinenebene gibt Ihnen das kleinste, bei Stückzahl günstigste Ergebnis und verlangt dafür Ihren Ingenieuren am meisten ab. Eine Smart-Kamera bietet eine eigenständige Antwort für eine definierte Aufgabe. Schnittstelle, Architektur und Betriebssystem folgen alle derselben Logik, je eingebetteter Sie gehen, desto mehr Können und Zeit verlangt es von Ihrem eigenen Team.

Die beste Entscheidung ist die klare, abgestimmt auf Ihre Stückzahl, die Randbedingungen Ihres Produkts und das, was Ihre Ingenieure realistisch liefern können. Das ist ein Gespräch, das sich früh lohnt, bevor die Architektur festgelegt ist, denn eine spätere Änderung ist teuer. Wir liefern das gesamte Spektrum, von klassischen Industriekameras und eingebetteten Rechnern bis hin zu Modulen auf Platinenebene für die OEM-Integration. Da wir nicht an einen Ansatz gebunden sind, können wir Ihnen helfen, sie ohne eigene Agenda abzuwägen. Erzählen Sie uns von Ihrem Produkt, Ihren Stückzahlen und Ihrem Team. Wir helfen Ihnen, den Weg zu wählen, den Ihr Team tatsächlich bauen kann.

Sprechen Sie mit unseren Experten über Ihr OEM-Bildverarbeitungsdesign: erzählen Sie uns von Ihrem Produkt

Kontakt aufnehmen: info@clearview-imaging.com | +49 89 12085456

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