MIPI kamera vs. USB kamera
V posledních několika letech se vestavěné vidění vyvinulo z módního pojmu v široce používanou technologii v průmyslu, lékařství, maloobchodě, zábavním průmyslu a zemědělství. S každou fází svého vývoje vestavěné vidění zajistilo významný nárůst počtu dostupných rozhraní kamer. Navzdory technologickému pokroku však rozhraní MIPI a USB zůstávají dvěma nejoblíbenějšími typy pro většinu aplikací vestavěného vidění.
Rozhraní MIPI
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) je otevřený standard a specifikace iniciovaná aliancí MIPI pro procesory mobilních aplikací.Moduly kamer MIPIse běžně nacházejí v mobilních telefonech a tabletech a podporují rozlišení s vysokým rozlišením více než 5 milionů pixelů. MIPI se dělí na MIPI DSI a MIPI CSI, které odpovídají standardům pro zobrazení videa a vstup videa. V současné době se kamerové moduly MIPI široce používají v dalších vestavěných produktech, jako jsou chytré telefony, záznamníky jízdy, kamery pro vymáhání práva, mikrokamery s vysokým rozlišením a síťové bezpečnostní kamery.
Sériové rozhraní MIPI Display (MIPI DSI ® ) definuje vysokorychlostní sériové rozhraní mezi hostitelským procesorem a zobrazovacím modulem. Toto rozhraní umožňuje výrobcům integrovat displeje pro vysoký výkon, nízkou spotřebu energie a nízké elektromagnetické rušení (EMI) a zároveň snížit počet pinů a zachovat kompatibilitu mezi různými dodavateli. Konstruktéři mohou využít MIPI DSI k zajištění brilantního podání barev pro nejnáročnější obrazové a video scénáře a k podpoře přenosu stereoskopického obsahu.
MIPI je na dnešním trhu nejčastěji používaným rozhraním pro přenos obrazu a videa mezi kamerami a hostitelskými zařízeními. To lze připsat snadnému použití MIPI a jeho schopnosti podporovat širokou škálu vysoce výkonných aplikací. Je také vybaveno výkonnými funkcemi, jako je video v rozlišení 1080p, 4K, 8K a vyšším a zobrazování ve vysokém rozlišení.
Rozhraní MIPI je ideální volbou pro aplikace, jako jsou zařízení virtuální reality montovaná na hlavu, chytré dopravní aplikace, systémy rozpoznávání gest, drony, rozpoznávání obličeje, bezpečnostní systémy, systémy sledování atd.
Rozhraní MIPI CSI-2
Standard MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2. generace) je vysoce výkonné, cenově dostupné a snadno použitelné rozhraní. MIPI CSI-2 nabízí maximální šířku pásma 10 Gb/s se čtyřmi kanály pro obrazová data – každý kanál je schopen přenášet data rychlostí až 2,5 Gb/s. MIPI CSI-2 je rychlejší než USB 3.0 a má spolehlivý protokol pro zpracování videa od 1080p do 8K a vyšších. Navíc díky nízkým režijním nákladům má MIPI CSI-2 vyšší čistou šířku pásma obrazu.
Rozhraní MIPI CSI-2 spotřebovává méně zdrojů z CPU – díky svým vícejádrovým procesorům. Je to výchozí rozhraní kamery pro Raspberry Pi a Jetson Nano. Na něm je také založen modul kamery Raspberry Pi V1 a V2.
Omezení rozhraní MIPI CSI-2
Přestože se jedná o výkonné a oblíbené rozhraní, MIPI CSI má i několik omezení. Například kamery MIPI pro svou funkčnost potřebují další ovladače. To znamená, že existuje omezená podpora pro různé obrazové senzory, pokud na tom výrobci vestavěných systémů skutečně netlačí!
Výhody MIPI:
Rozhraní MIPI má méně signálních linek než rozhraní DVP. Protože se jedná o nízkonapěťový diferenciální signál, generované rušení je malé a jeho odolnost proti rušení je také silná. 800 W a více používá rozhraní MIPI. Rozhraní kamery smartphonu používá MIPI.
Jak to funguje?
Ultrakompaktní deska v systému počítačového vidění obvykle podporuje standard MIPI CSI-2 a spolupracuje s širokou škálou inteligentních senzorových řešení. Navíc je kompatibilní s mnoha různými deskami CPU.
MIPI CSI-2 podporuje fyzickou vrstvu MIPI D-PHY pro komunikaci s aplikačním procesorem nebo systémem na čipu (SoC). Může být implementován na jedné ze dvou fyzických vrstev: MIPI C-PHY℠ v2.0 nebo MIPI D-PHY℠ v2.5. Jeho výkon je proto škálovatelný v rámci jednotlivých linek.
V kameře MIPI zachycuje snímač kamery obraz a přenáší ho do hostitele CSI-2. Po přenosu se obraz ukládá do paměti jako jednotlivé snímky. Každý snímek se přenáší virtuálními kanály. Každý kanál je poté rozdělen do řádků – přenáší se jeden po druhém. Umožňuje tak kompletní přenos obrazu ze stejného obrazového snímače – ale s více pixelovými toky.
MIPI CSI-2 používá pro komunikaci pakety, které zahrnují formát dat a funkcionalitu kódu pro korekci chyb (ECC). Jeden paket prochází vrstvou D-PHY a poté se rozdělí na požadovaný počet datových linek. D-PHY pracuje ve vysokorychlostním režimu a přenáší paket k přijímači prostřednictvím kanálu.
Přijímač CSI-2 je poté vybaven fyzickou vrstvou D-PHY pro extrakci a dekódování paketu. Proces se opakuje snímek po snímku ze zařízení CSI-2 k hostiteli prostřednictvím efektivní a nízkonákladové implementace.
USB rozhraní
Ten/Ta/ToUSB rozhranímá tendenci sloužit jako spojení mezi dvěma systémy – kamerou a počítačem. Vzhledem k tomu, že je dobře známé pro své funkce plug-and-play, volba rozhraní USB znamená, že se můžete rozloučit s drahými a zdlouhavými vývojovými časy a náklady na vaše integrované rozhraní pro vidění. USB 2.0, starší verze, má značná technická omezení. S tím, jak se technologie začíná vytrácet, se řada jejích komponent stává nekompatibilní. Rozhraní USB 3.0 a USB 3.1 Gen 1 byla uvedena na trh s cílem překonat omezení rozhraní USB 2.0.
Rozhraní USB 3.0 (a USB 3.1 Gen 1) kombinuje pozitivní vlastnosti různých rozhraní. Patří mezi ně kompatibilita typu plug-and-play a nízké zatížení CPU. Průmyslový standard USB 3.0 pro vidění také zvyšuje jeho spolehlivost pro kamery s vysokým rozlišením a vysokou rychlostí.
Vyžaduje minimální dodatečný hardware a podporuje nízkou šířku pásma – až 40 megabajtů za sekundu. Maximální šířka pásma je 480 megabajtů za sekundu. To je 10krát rychlejší než USB 2.0 a 4krát rychlejší než GigE! Jeho funkce plug-and-play zajišťují snadnou výměnu vestavěných zařízení pro počítačové vidění – což usnadňuje i výměnu poškozené kamery.
Omezení rozhraní USB 3.0
Největší nevýhodou toho,USB 3.0Problém rozhraní je, že nelze provozovat senzory s vysokým rozlišením vysokou rychlostí. Další nevýhodou je, že kabel lze použít pouze do vzdálenosti 5 metrů od hostitelského procesoru. I když jsou k dispozici delší kabely, všechny jsou vybaveny „zesilovači“. To, jak dobře tyto kabely fungují s průmyslovými kamerami, je třeba ověřit v každém jednotlivém případě.
Čas zveřejnění: 22. března 2023
