كاميرا MIPI مقابل كاميرا USB

كاميرا MIPI مقابل كاميرا USB

على مدى السنوات القليلة الماضية، تطورت تقنية الرؤية المدمجة من مجرد مصطلح رائج إلى تقنية واسعة الانتشار تُستخدم في القطاعات الصناعية والطبية والتجارية والترفيهية والزراعية. ومع كل مرحلة من مراحل تطورها، شهدت هذه التقنية نموًا ملحوظًا في عدد واجهات الكاميرات المتاحة. ومع ذلك، ورغم التطورات التقنية، لا تزال واجهتا MIPI وUSB الأكثر شيوعًا في معظم تطبيقات الرؤية المدمجة.

 

واجهة MIPI

MIPI (واجهة معالج صناعة الهاتف المحمول) هو معيار مفتوح ومواصفات تم إطلاقها بواسطة تحالف MIPI لمعالجات تطبيقات الهاتف المحمول.وحدات كاميرا MIPIتُستخدم وحدات الكاميرات المتوافقة مع معيار MIPI بشكل شائع في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية، وتدعم دقة عالية تتجاوز 5 ملايين بكسل. وينقسم هذا المعيار إلى MIPI DSI وMIPI CSI، وهما معياران لعرض الفيديو وإدخاله على التوالي. وتُستخدم وحدات الكاميرات المتوافقة مع معيار MIPI حاليًا على نطاق واسع في منتجات مُدمجة أخرى، مثل الهواتف الذكية، وأجهزة تسجيل القيادة، وكاميرات إنفاذ القانون، والكاميرات الدقيقة عالية الدقة، وكاميرات مراقبة الشبكات.

تُعرّف واجهة MIPI التسلسلية للعرض (MIPI DSI®) واجهة تسلسلية عالية السرعة بين المعالج الرئيسي ووحدة العرض. تُمكّن هذه الواجهة المصنّعين من دمج شاشات العرض لتحقيق أداء عالٍ، واستهلاك منخفض للطاقة، وتداخل كهرومغناطيسي منخفض، مع تقليل عدد الأطراف والحفاظ على التوافق بين مختلف الموردين. يمكن للمصممين استخدام MIPI DSI لتوفير عرض ألوان رائع لأكثر سيناريوهات الصور والفيديو تطلبًا، ودعم نقل المحتوى المجسم.

 

يُعدّ بروتوكول MIPI الواجهة الأكثر شيوعًا في السوق اليوم لنقل الصور والفيديوهات بين الكاميرات والأجهزة المضيفة. ويعود ذلك إلى سهولة استخدامه وقدرته على دعم نطاق واسع من التطبيقات عالية الأداء. كما أنه مزود بميزات قوية مثل دقة 1080p و4K و8K وما فوقها للفيديو والتصوير عالي الدقة.

 

تُعد واجهة MIPI خيارًا مثاليًا لتطبيقات مثل أجهزة الواقع الافتراضي المثبتة على الرأس، وتطبيقات المرور الذكية، وأنظمة التعرف على الإيماءات، والطائرات بدون طيار، والتعرف على الوجوه، والأمن، وأنظمة المراقبة، وما إلى ذلك.

 

واجهة MIPI CSI-2

معيار MIPI CSI-2 (واجهة MIPI التسلسلية للكاميرا من الجيل الثاني) هو واجهة عالية الأداء، واقتصادية، وسهلة الاستخدام. يوفر MIPI CSI-2 نطاقًا تردديًا أقصى يبلغ 10 جيجابت/ثانية مع أربعة مسارات لبيانات الصور - كل مسار قادر على نقل البيانات بسرعة تصل إلى 2.5 جيجابت/ثانية. يتميز MIPI CSI-2 بسرعته الفائقة مقارنةً بـ USB 3.0، كما أنه يتمتع ببروتوكول موثوق للتعامل مع الفيديو بدقة تتراوح من 1080p إلى 8K وما فوق. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل انخفاض الحمل الزائد، يتمتع MIPI CSI-2 بنطاق ترددي صافٍ أعلى للصور.

 

تستخدم واجهة MIPI CSI-2 موارد أقل من وحدة المعالجة المركزية بفضل معالجاتها متعددة النوى. وهي واجهة الكاميرا الافتراضية لأجهزة Raspberry Pi وJetson Nano. كما يعتمد عليها كل من وحدة كاميرا Raspberry Pi الإصدارين V1 وV2.

 

قيود واجهة MIPI CSI-2

على الرغم من كونها واجهة قوية وشائعة، إلا أن واجهة MIPI CSI تعاني من بعض القيود. فعلى سبيل المثال، تعتمد كاميرات MIPI على برامج تشغيل إضافية للعمل. وهذا يعني وجود دعم محدود لمختلف مستشعرات الصور ما لم يبذل مصنّعو الأنظمة المدمجة جهودًا حثيثة لتوفيرها.

 

مزايا مؤشر MIPI:

تتميز واجهة MIPI بعدد أقل من خطوط الإشارة مقارنةً بواجهة DVP. ولأنها إشارة تفاضلية منخفضة الجهد، فإن التداخل الناتج عنها ضئيل، كما أن قدرتها على مقاومة التداخل عالية. تستخدم جميع الأجهزة بقدرة 800 واط وما فوق واجهة MIPI. وتستخدم واجهة كاميرا الهاتف الذكي أيضًا واجهة MIPI.

 

كيف يعمل؟

عادةً، تدعم اللوحة فائقة الصغر في نظام الرؤية معيار MIPI CSI-2 وتعمل مع مجموعة واسعة من حلول الاستشعار الذكية. علاوة على ذلك، فهي متوافقة مع العديد من لوحات المعالجات المركزية المختلفة.
يدعم بروتوكول MIPI CSI-2 الطبقة الفيزيائية MIPI D-PHY للتواصل مع معالج التطبيقات أو النظام على شريحة (SoC). ويمكن تنفيذه على أي من الطبقتين الفيزيائيتين: MIPI C-PHY℠ v2.0 أو MIPI D-PHY℠ v2.5. ولذلك، فإن أداءه قابل للتوسع على مستوى المسارات.

في كاميرا MIPI، يلتقط مستشعر الكاميرا صورةً ويرسلها إلى وحدة CSI-2. عند إرسال الصورة، تُخزَّن في الذاكرة على شكل إطارات منفصلة. يُرسَل كل إطار عبر قنوات افتراضية، ثم تُقسَّم كل قناة إلى أسطر تُرسَل تباعًا. وبذلك، يسمح هذا بنقل الصورة كاملةً من نفس مستشعر الصورة، ولكن عبر تدفقات بكسل متعددة.

يستخدم بروتوكول MIPI CSI-2 حزم البيانات للاتصال، والتي تتضمن تنسيق البيانات ووظيفة تصحيح الأخطاء (ECC). تنتقل حزمة البيانات الواحدة عبر طبقة D-PHY ثم تنقسم إلى عدد مسارات البيانات المطلوبة. تعمل طبقة D-PHY في وضع السرعة العالية، وتنقل حزمة البيانات إلى جهاز الاستقبال عبر القناة.

بعد ذلك، يتم تزويد جهاز استقبال CSI-2 بالطبقة الفيزيائية D-PHY لاستخراج الحزمة وفك تشفيرها. وتتكرر هذه العملية إطارًا تلو الآخر من جهاز CSI-2 إلى المضيف من خلال تطبيق فعال ومنخفض التكلفة.

 

واجهة USB

الواجهة USBيُستخدم منفذ USB عادةً كحلقة وصل بين نظامين: الكاميرا والحاسوب. وبفضل سهولة استخدامه وسرعة توصيله، يُغنيك اختيار منفذ USB عن تكاليف التطوير الباهظة والمطولة لواجهة الرؤية المدمجة. مع ذلك، يُعاني منفذ USB 2.0، وهو الإصدار الأقدم، من قيود تقنية كبيرة. ومع تقادم هذه التقنية، أصبحت العديد من مكوناتها غير متوافقة. ولتجاوز هذه القيود، تم إطلاق منفذي USB 3.0 وUSB 3.1 Gen 1.

واجهة USB 3.0

تجمع واجهة USB 3.0 (وUSB 3.1 Gen 1) بين المزايا الإيجابية لمختلف الواجهات، بما في ذلك التوافق مع خاصية التوصيل والتشغيل وانخفاض استهلاك وحدة المعالجة المركزية. كما يعزز معيار USB 3.0 الصناعي للرؤية موثوقيته للكاميرات عالية الدقة والسرعة.

لا يتطلب هذا الجهاز سوى الحد الأدنى من المكونات الإضافية، ويدعم نطاقًا تردديًا منخفضًا يصل إلى 40 ميجابايت في الثانية. ويبلغ أقصى نطاق ترددي له 480 ميجابايت في الثانية، أي أسرع بعشر مرات من USB 2.0 وأسرع بأربع مرات من GigE! كما تضمن خاصية التوصيل والتشغيل سهولة استبدال أجهزة الرؤية المدمجة، مما يُسهّل استبدال الكاميرا التالفة.

 

 

قيود واجهة USB 3.0

أكبر عيوبUSB 3.0من عيوب هذه التقنية عدم إمكانية تشغيل المستشعرات عالية الدقة بسرعات عالية. كما أن استخدام كابل لا يتجاوز طوله 5 أمتار من المعالج الرئيسي محدود. ورغم توفر كابلات أطول، إلا أنها مزودة بمضخمات إشارة. لذا، يجب فحص مدى توافق هذه الكابلات مع الكاميرات الصناعية لكل حالة على حدة.