دوربین MIPI در مقابل دوربین USB
در طول چند سال گذشته، بینایی تعبیهشده از یک اصطلاح رایج به یک فناوری پرکاربرد در بخشهای صنعتی، پزشکی، خردهفروشی، سرگرمی و کشاورزی تبدیل شده است. با هر مرحله از تکامل خود، بینایی تعبیهشده رشد قابل توجهی در تعداد رابطهای دوربین موجود برای انتخاب را تضمین کرده است. با این حال، علیرغم پیشرفتهای تکنولوژیکی، رابطهای MIPI و USB همچنان دو نوع محبوب برای اکثر کاربردهای بینایی تعبیهشده باقی ماندهاند.
رابط MIPI
MIPI (رابط پردازنده صنعت موبایل) یک استاندارد باز و مشخصاتی است که توسط اتحاد MIPI برای پردازندههای برنامههای کاربردی موبایل آغاز شده است.ماژولهای دوربین MIPIمعمولاً در تلفنهای همراه و تبلتها یافت میشوند و از وضوح تصویر با کیفیت بالای بیش از ۵ میلیون پیکسل پشتیبانی میکنند. MIPI به MIPI DSI و MIPI CSI تقسیم میشود که به ترتیب با استانداردهای نمایش ویدیو و ورودی ویدیو مطابقت دارند. در حال حاضر، ماژولهای دوربین MIPI به طور گسترده در سایر محصولات تعبیه شده مانند تلفنهای هوشمند، ضبطکنندههای رانندگی، دوربینهای اجرای قانون، دوربینهای میکرو با کیفیت بالا و دوربینهای نظارتی شبکه استفاده میشوند.
رابط سریال نمایشگر MIPI (MIPI DSI ®) یک رابط سریال پرسرعت بین یک پردازنده میزبان و یک ماژول نمایشگر تعریف میکند. این رابط به تولیدکنندگان این امکان را میدهد که نمایشگرها را برای عملکرد بالا، مصرف برق کم و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) کم، در عین کاهش تعداد پینها و حفظ سازگاری بین تأمینکنندگان مختلف، ادغام کنند. طراحان میتوانند از MIPI DSI برای ارائه رندر رنگی درخشان برای سختترین سناریوهای تصویر و ویدیو و پشتیبانی از انتقال محتوای استریوسکوپی استفاده کنند.
MIPI رایجترین رابط مورد استفاده در بازار امروز برای انتقال تصویر و ویدئو به صورت نقطه به نقطه بین دوربینها و دستگاههای میزبان است. این را میتوان به سهولت استفاده از MIPI و توانایی آن در پشتیبانی از طیف گستردهای از برنامههای با کارایی بالا نسبت داد. همچنین به ویژگیهای قدرتمندی مانند ویدئوهای 1080p، 4K، 8K و فراتر از آن و تصویربرداری با وضوح بالا مجهز شده است.
رابط MIPI انتخابی ایدهآل برای کاربردهایی مانند دستگاههای واقعیت مجازی نصبشده روی سر، برنامههای ترافیک هوشمند، سیستمهای تشخیص حرکت، پهپادها، تشخیص چهره، سیستمهای امنیتی، نظارتی و غیره است.
رابط MIPI CSI-2
استاندارد MIPI CSI-2 (رابط سریال دوربین MIPI نسل دوم) یک رابط با کارایی بالا، مقرون به صرفه و ساده برای استفاده است. MIPI CSI-2 حداکثر پهنای باند 10 گیگابیت بر ثانیه را با چهار خط داده تصویر ارائه میدهد - هر خط قادر به انتقال داده تا 2.5 گیگابیت بر ثانیه است. MIPI CSI-2 سریعتر از USB 3.0 است و دارای پروتکل قابل اعتمادی برای مدیریت ویدیو از 1080p تا 8K و بالاتر است. علاوه بر این، به دلیل سربار کم، MIPI CSI-2 پهنای باند تصویر خالص بالاتری دارد.
رابط MIPI CSI-2 به لطف پردازندههای چند هستهای خود، منابع کمتری از CPU را اشغال میکند. این رابط، رابط دوربین پیشفرض برای Raspberry Pi و Jetson Nano است. ماژول دوربین Raspberry Pi V1 و V2 نیز بر اساس آن ساخته شدهاند.
محدودیتهای رابط MIPI CSI-2
اگرچه MIPI CSI یک رابط کاربری قدرتمند و محبوب است، اما محدودیتهایی هم دارد. برای مثال، دوربینهای MIPI برای کار به درایورهای اضافی نیاز دارند. این بدان معناست که پشتیبانی محدودی از حسگرهای تصویر مختلف وجود دارد، مگر اینکه تولیدکنندگان سیستمهای تعبیهشده واقعاً برای آن تلاش کنند!
مزایای MIPI:
رابط MIPI خطوط سیگنال کمتری نسبت به رابط DVP دارد. از آنجا که این یک سیگنال تفاضلی ولتاژ پایین است، تداخل ایجاد شده کوچک است و قابلیت ضد تداخل نیز قوی است. 800 وات و بالاتر از همه از رابط MIPI استفاده میکنند. رابط دوربین گوشی هوشمند از MIPI استفاده میکند.
چگونه کار میکند؟
معمولاً، برد فوق فشرده در یک سیستم بینایی از MIPI CSI-2 پشتیبانی میکند و با طیف وسیعی از راهحلهای حسگر هوشمند کار میکند. علاوه بر این، با بردهای CPU مختلف زیادی سازگار است.
MIPI CSI-2 از لایه فیزیکی MIPI D-PHY برای ارتباط با پردازنده برنامه یا سیستم روی تراشه (SoC) پشتیبانی میکند. این لایه میتواند روی هر یک از دو لایه فیزیکی MIPI C-PHY℠ v2.0 یا MIPI D-PHY℠ v2.5 پیادهسازی شود. بنابراین، عملکرد آن در هر دو لاین قابل مقیاسبندی است.
در یک دوربین MIPI، حسگر دوربین تصویری را ثبت و به میزبان CSI-2 منتقل میکند. هنگامی که تصویر منتقل میشود، به صورت فریمهای مجزا در حافظه قرار میگیرد. هر فریم از طریق کانالهای مجازی منتقل میشود. سپس هر کانال به خطوطی تقسیم میشود - که هر بار یکی یکی منتقل میشوند. از این رو، امکان انتقال کامل تصویر از همان حسگر تصویر - اما با چندین جریان پیکسلی - را فراهم میکند.
MIPI CSI-2 از بستههایی برای ارتباط استفاده میکند که شامل قالب داده و قابلیت کد تصحیح خطا (ECC) هستند. یک بسته از لایه D-PHY عبور میکند و سپس به تعداد خطوط داده مورد نیاز تقسیم میشود. D-PHY در حالت پرسرعت عمل میکند و بسته را از طریق کانال به گیرنده منتقل میکند.
سپس، گیرنده CSI-2 به لایه فیزیکی D-PHY مجهز میشود تا بسته را استخراج و رمزگشایی کند. این فرآیند فریم به فریم از دستگاه CSI-2 تا میزبان از طریق یک پیادهسازی کارآمد و کمهزینه تکرار میشود.
رابط USB
رابط یو اس بیUSB معمولاً به عنوان رابط بین دو سیستم - دوربین و کامپیوتر - عمل میکند. از آنجایی که به خاطر قابلیتهای plug-and-play خود شناخته شده است، انتخاب رابط USB به این معنی است که میتوانید با زمان و هزینههای توسعه گران و طولانی برای رابط بصری تعبیه شده خود خداحافظی کنید. USB 2.0، نسخه قدیمیتر، محدودیتهای فنی قابل توجهی دارد. با شروع به کاهش فناوری، تعدادی از اجزای آن ناسازگار میشوند. رابطهای USB 3.0 و USB 3.1 Gen 1 برای غلبه بر محدودیتهای رابط USB 2.0 عرضه شدند.
رابط USB 3.0 (و USB 3.1 نسل اول) ویژگیهای مثبت رابطهای مختلف را با هم ترکیب میکند. این ویژگیها شامل سازگاری با قابلیت اتصال سریع (plug-and-play) و بار کم بر روی CPU میشود. استاندارد صنعتی USB 3.0 همچنین قابلیت اطمینان آن را برای دوربینهای با وضوح بالا و سرعت بالا افزایش میدهد.
به حداقل سختافزار اضافی نیاز دارد و از پهنای باند کم - تا ۴۰ مگابایت در ثانیه - پشتیبانی میکند. حداکثر پهنای باند آن ۴۸۰ مگابایت در ثانیه است. این ۱۰ برابر سریعتر از USB 2.0 و ۴ برابر سریعتر از GigE است! قابلیتهای plug-and-play آن تضمین میکند که دستگاههای بینایی تعبیهشده را میتوان به راحتی تعویض کرد - و جایگزینی دوربین آسیبدیده را آسان میکند.
محدودیتهای رابط USB 3.0
بزرگترین نقطه ضعفِیواسبی ۳.۰رابط کاربری این است که نمیتوانید حسگرهای با وضوح بالا را با سرعت بالا اجرا کنید. عیب دیگر این است که فقط میتوانید از کابلی تا فاصله ۵ متر از پردازنده میزبان استفاده کنید. در حالی که کابلهای بلندتری در دسترس هستند، همه آنها مجهز به «تقویتکننده» هستند. اینکه این کابلها چقدر خوب با دوربینهای صنعتی کار میکنند، باید برای هر مورد جداگانه بررسی شود.
زمان ارسال: ۲۲ مارس ۲۰۲۳
