人工智能是这个十年中最具定义性的技术趋势之一。尤其是基于视觉的AI应用——将摄像头采集的数据直接在边缘侧进行处理——正在快速获得市场关注。嵌入式视觉系统是这类解决方案的核心支撑：它们能够直接在设备内部实现高性能、低功耗的图像处理，无需依赖云端，延迟极低。Helbling公司通过采用定制化单板计算机（SBC），在成本、性能和集成度方面显著超越标准方案。在智慧农业、工业自动化以及安防领域的多个落地项目中，这一优势得到了充分验证：客户端系统复杂度降低、制造成本减少，同时也为批量生产创造了可扩展的解决方案。总体而言，Helbling面向嵌入式视觉系统推出的模块化参考设计，有效降低了开发工作量与项目风险。

嵌入式视觉系统是将计算机视觉技术集成于单一设备中的智能系统，通常由带镜头的图像传感器（如摄像头或摄像头模组）、处理单元（如处理器或微控制器）以及专用图像处理与分析软件组成。这类系统能够近乎实时地采集和分析视觉数据，基于视觉输入实现自主决策。其应用场景涵盖汽车、工业自动化、医疗技术、自主机器人及智慧建筑等多个行业。

图1：基于Helbling模块化参考设计的单板计算机与摄像头示例。图片来源：Helbling

近年来，Helbling已在上述领域成功落地多个项目，并开发出一套在开发周期和制造成本方面均具有显著优势的模块化参考设计。

成本优势：为何定制化单板计算机更具经济性

要充分发挥集成图像处理系统的优势，尤其是在批量生产场景中，需要定制化、高度集成的系统方案。标准单板计算机（SBC）往往规格冗余，因此存在不必要的成本浪费。结合低成本摄像头模组，制造成本可以大幅压缩。实践经验表明，直接从中国制造商采购摄像头，与从欧洲经销商采购相比，成本可降低8至10倍。这仅针对带镜头的摄像头本身，前提是需要对需求进行精准分析，且客户愿意优化供应链。

然而，摄像头并非唯一的成本驱动因素。以NXP i.MX8为代表的传统SBC或系统级模块（SoM）同样会推高成本，而其中许多功能对嵌入式视觉应用而言并无实际价值。通过精简、针对性地选型，系统可以得到显著优化。此外，采用SoM意味着供应链中多了一个合作伙伴，整体成本随之上升——SoM厂商和电子制造服务（EMS）供应商都会从中收取利润。

定制化单板计算机的技术优势

定制化SBC可以根据具体应用场景进行精准设计，将所需组件直接集成在板卡上，尺寸可自由选择，实现无缝产品集成。最终产出的系统仅包含实际需要的功能与组件，精准执行预期任务，不含任何多余部件。

除硬件设计外，处理器的选型同样至关重要。除传统方案外，TI、ST、Rockchip等成熟厂商，以及Ambarella、Hailo等新兴企业均提供了极具吸引力的替代选择。这些供应商所提供的处理器专为视觉应用优化，兼具高性能与低成本的特点。

去除外部模块、授权费用及不必要的接口，可以打造出复杂度更低的优化供应链，非常适合成本敏感型应用。所有这些优势，均可通过定制化SBC得到充分发挥。

图2：Helbling在安防领域的项目案例：一款搭载AI的嵌入式视觉应用紧凑型电池供电设备。

Helbling模块化参考设计

开发定制化SBC通常需要投入大量资源，开发周期长、成本高、技术风险大。Helbling的模块化参考设计正是为解决这一痛点而生。该设计基于模块化原则，作为特定SBC开发的基础框架。

这一参考设计已通过原型验证并经过充分测试。借助模块化原则，可根据客户在性能、接口、外形尺寸或成本等方面的个性化需求进行定制。其优势在于降低开发成本、缩短上市周期，并使项目风险可控。

关键优化示例：从USB到MIPI接口

Helbling在模块化参考设计定制化方面的核心能力之一，在于对组件的精准选型与改造，尤其体现在性能与接口层面。这不仅能降低制造成本，还能带来功能上的提升。以摄像头接口为例：USB被众多摄像头厂商宣传为即插即用的标准方案，而这里恰恰存在较大的优化空间。MIPI接口（移动行业处理器接口）在技术和经济层面均具备显著优势：

无需多余的信号转换：几乎所有图像传感器都配备MIPI接口。通过将该接口直接连接至SBC，无需额外的MIPI转USB信号转换组件。

图像质量提升：大多数适用于视觉应用的处理器均集成了图像信号处理器（ISP）。通过MIPI接口持续传输的原始数据可由处理器ISP进行优化，采用智能手机处理器中常见的现代ISP调优算法，提升图像质量。

效率更高：尽管调优初期需要较多开发工作，但处理器无需将计算资源用于图像质量优化，可将全部算力投入实际应用。

制造成本降低：省去MIPI转USB的转换环节，意味着减少了不必要的组件，从而实现制造成本的有效压缩。

图像质量的提升与制造成本的降低相结合，在批量生产背景下创造了真正的附加价值，也只是众多降本增效举措中的一个典型案例。

投资回报分析

以一个成本模型为例（见图3），基于每年1,000台的预计产量，通过采用更具性价比的定制化SBC方案，初期较高的开发成本通常可在两到三年内通过制造成本的持续节省而得以回收。产量越大，这一效果实现得越早。通过精准选型摄像头、优化外壳集成以及按需配置照明，制造成本还可进一步压缩。

图3：基于Helbling模块化参考设计的SBC开发成本示例。根据初始情况，单台制造成本平均可降低两位数（瑞士法郎）甚至更多。图表以每年1,000台为例：浅蓝色代表累计开发成本，深蓝色代表累计节省金额，橙色代表节省金额减去开发成本后的净收益。在大多数情况下，此类项目可在产品上市后两到三年内实现盈亏平衡。

如此生产的SBC用途广泛，可集成至坚固的密封外壳中——例如符合IP69防护等级——并具备抗振动和抗冲击能力。同时支持完全独立于云端、直接在设备上进行基于AI的图像处理。

规模化生产的经济效益

随着产量的增加，向集成化专用方案的转型将愈发具有吸引力。尽管基于模块化原则对参考设计进行定制化开发需要一定的前期投入，但规模效应将随制造成本的大幅下降而迅速显现。

借助Helbling的定制化SBC，嵌入式视觉系统的成本效益得以全面提升。

作者：Sophie Jenne、Johannes Eckstein 题图来源：Helbling Technik

典型应用场景

定制化SBC在智能摄像机领域的潜力，在标准方案过于昂贵或缺乏灵活性的场景中得到充分体现：

农业：杂草检测、切割边缘与收割监控

消费电子：智能家居设备、无人机

智慧建筑与家庭自动化：门禁控制、能源管理、家庭安防

工业：质量控制、流程与设备监控

机器人：导航、障碍物检测、自主分类

医疗技术：可穿戴诊断、患者监护、显微成像

汽车：倒车摄像头、环视系统、数字外后视镜及辅助驾驶系统

安防领域：监控与观测系统、基于AI的稳健图像处理

Q&A

Q1：定制化单板计算机相比标准单板计算机有哪些核心优势？

A：定制化SBC可根据具体应用精准设计，仅集成实际所需组件，尺寸自由选择，避免功能冗余。与标准SBC相比，它能有效降低制造成本，减少供应链层级，并提升系统集成度。在批量生产场景中，通过去除外部模块、授权费和多余接口，可显著压缩单台成本，通常在两到三年内即可收回前期开发投入。

Q2：MIPI接口相比USB接口在嵌入式视觉系统中有什么优势？

A：MIPI接口的优势主要体现在三个方面：一是无需信号转换，减少组件，降低制造成本；二是支持处理器内置ISP直接处理原始图像数据，提升图像质量；三是处理器算力无需分配给图像优化，可完全投入实际应用逻辑。相比之下，USB方案需要额外的信号转换模块，不仅增加成本，还会占用一定的处理资源。

Q3：Helbling的模块化参考设计具体能帮助客户解决哪些问题？

A：Helbling的模块化参考设计已通过原型验证和充分测试，可针对客户在性能、接口、外形尺寸和成本方面的个性化需求快速定制。它有效解决了定制化SBC开发周期长、成本高、技术风险大的痛点，显著缩短上市时间，降低开发成本，并使项目风险可控。该设计适用于智慧农业、工业自动化、医疗、安防等多个领域的批量生产场景。