Caméra MIPI vs caméra USB

Caméra MIPI vs caméra USB

Ces dernières années, la vision embarquée est passée du statut de concept à celui de technologie largement adoptée dans les secteurs industriel, médical, commercial, du divertissement et agricole. À chaque étape de son évolution, le nombre d'interfaces de caméras disponibles a considérablement augmenté. Cependant, malgré ces avancées technologiques, les interfaces MIPI et USB restent les deux plus populaires pour la majorité des applications de vision embarquée.

 

Interface MIPI

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) est une norme ouverte et une spécification initiée par la MIPI Alliance pour les processeurs d'applications mobiles.modules de caméra MIPIOn les trouve couramment dans les téléphones mobiles et les tablettes, et elles prennent en charge des résolutions haute définition supérieures à 5 millions de pixels. L'interface MIPI se divise en MIPI DSI et MIPI CSI, correspondant respectivement aux normes d'affichage et d'entrée vidéo. Actuellement, les modules de caméra MIPI sont largement utilisés dans d'autres produits embarqués, tels que les smartphones, les enregistreurs de conduite, les caméras de police, les microcaméras haute définition et les caméras de surveillance réseau.

L'interface série MIPI Display (MIPI DSI®) définit une interface série haut débit entre un processeur hôte et un module d'affichage. Cette interface permet aux fabricants d'intégrer des écrans performants, à faible consommation et à faibles interférences électromagnétiques (IEM), tout en réduisant le nombre de broches et en assurant la compatibilité entre différents fournisseurs. Les concepteurs peuvent utiliser MIPI DSI pour obtenir un rendu des couleurs exceptionnel, même pour les scénarios d'image et vidéo les plus exigeants, et pour prendre en charge la transmission de contenu stéréoscopique.

 

MIPI est l'interface la plus répandue sur le marché actuel pour la transmission point à point d'images et de vidéos entre les caméras et les périphériques hôtes. Sa popularité s'explique par sa simplicité d'utilisation et sa capacité à prendre en charge une large gamme d'applications hautes performances. Elle offre également des fonctionnalités avancées telles que la vidéo 1080p, 4K, 8K et au-delà, ainsi que l'imagerie haute résolution.

 

L'interface MIPI est un choix idéal pour des applications telles que les casques de réalité virtuelle, les applications de gestion intelligente du trafic, les systèmes de reconnaissance gestuelle, les drones, la reconnaissance faciale, la sécurité, les systèmes de surveillance, etc.

 

Interface MIPI CSI-2

L'interface MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) est une interface performante, économique et simple d'utilisation. Elle offre une bande passante maximale de 10 Gbit/s avec quatre voies de données d'image, chacune capable de transférer des données jusqu'à 2,5 Gbit/s. Plus rapide que l'USB 3.0, MIPI CSI-2 dispose d'un protocole fiable pour la gestion de la vidéo de 1080p à 8K et au-delà. De plus, grâce à sa faible surcharge, MIPI CSI-2 offre une bande passante d'image nette supérieure.

 

L'interface MIPI CSI-2 sollicite moins le processeur grâce à ses cœurs multiples. C'est l'interface caméra par défaut pour Raspberry Pi et Jetson Nano. Les modules caméra Raspberry Pi V1 et V2 sont également basés sur cette interface.

 

Limitations de l'interface MIPI CSI-2

Bien que MIPI CSI soit une interface puissante et répandue, elle présente certaines limitations. Par exemple, les caméras MIPI nécessitent des pilotes supplémentaires pour fonctionner. De ce fait, la prise en charge des différents capteurs d'image est limitée, à moins que les fabricants de systèmes embarqués ne la mettent fortement en avant.

 

Avantages du MIPI :

L'interface MIPI possède moins de lignes de signal que l'interface DVP. Du fait de sa nature de signal différentiel basse tension, les interférences générées sont faibles, ce qui lui confère une forte immunité aux perturbations. Tous les appareils de 800 W et plus utilisent l'interface MIPI. L'interface de l'appareil photo des smartphones utilise également MIPI.

 

Comment ça marche ?

La carte ultra-compacte d'un système de vision prend généralement en charge MIPI CSI-2 et est compatible avec une large gamme de capteurs intelligents. De plus, elle est compatible avec de nombreuses cartes mères.
MIPI CSI-2 prend en charge la couche physique MIPI D-PHY pour la communication avec le processeur d'application ou le système sur puce (SoC). Il peut être implémenté sur l'une ou l'autre des deux couches physiques : MIPI C-PHY℠ v2.0 ou MIPI D-PHY℠ v2.5. Ses performances sont donc adaptables au nombre de voies.

Dans une caméra MIPI, le capteur capture et transmet une image à l'hôte CSI-2. Lors de la transmission, l'image est stockée en mémoire sous forme d'images individuelles. Chaque image est transmise via des canaux virtuels. Chaque canal est ensuite divisé en lignes, transmises une à une. Ainsi, il est possible de transmettre une image complète à partir du même capteur, mais avec plusieurs flux de pixels.

Le protocole MIPI CSI-2 utilise des paquets pour la communication, lesquels incluent le format des données et la fonction de correction d'erreurs (ECC). Chaque paquet transite par la couche D-PHY, puis est divisé en autant de voies de données que nécessaire. La couche D-PHY fonctionne en mode haut débit et transmet le paquet au récepteur via le canal.

Le récepteur CSI-2 est ensuite doté d'une couche physique D-PHY pour extraire et décoder le paquet. Ce processus est répété trame par trame, du périphérique CSI-2 vers l'hôte, grâce à une implémentation efficace et économique.

 

Interface USB

Leinterface USBL'interface USB sert généralement de point de jonction entre deux systèmes : la caméra et le PC. Grâce à sa simplicité d'utilisation (plug-and-play), choisir l'interface USB permet de s'affranchir des longs et coûteux développements d'interfaces de vision embarquées. L'USB 2.0, l'ancienne version, présente d'importantes limitations techniques. Avec le déclin de cette technologie, nombre de ses composants deviennent incompatibles. Les interfaces USB 3.0 et USB 3.1 Gen 1 ont été lancées pour pallier les limitations de l'interface USB 2.0.

Interface USB 3.0

L'interface USB 3.0 (et USB 3.1 Gen 1) combine les avantages de différentes interfaces, notamment la compatibilité plug-and-play et une faible charge du processeur. La norme industrielle d'imagerie USB 3.0 renforce également sa fiabilité pour les caméras haute résolution et haute vitesse.

Elle nécessite un minimum de matériel supplémentaire et prend en charge une faible bande passante (jusqu'à 40 mégaoctets par seconde). Sa bande passante maximale atteint 480 mégaoctets par seconde, soit 10 fois plus rapide que l'USB 2.0 et 4 fois plus rapide que le Gigabit Ethernet ! Grâce à sa fonction plug-and-play, les dispositifs de vision embarqués peuvent être facilement remplacés, notamment une caméra endommagée.

 

 

Limitations de l'interface USB 3.0

Le plus grand inconvénient deUSB 3.0L'interface présente l'inconvénient de ne pas permettre l'utilisation de capteurs haute résolution à haute vitesse. Autre limitation : la portée du câble est limitée à 5 mètres entre le processeur et le boîtier. Bien que des câbles plus longs existent, ils sont tous équipés d'amplificateurs. Leur compatibilité avec les caméras industrielles doit être vérifiée au cas par cas.