Telecamera MIPI vs telecamera USB

Telecamera MIPI vs telecamera USB

Negli ultimi anni, la visione integrata si è evoluta da semplice termine di tendenza a tecnologia ampiamente adottata e utilizzata nei settori industriale, medico, della vendita al dettaglio, dell'intrattenimento e dell'agricoltura. Ad ogni fase della sua evoluzione, la visione integrata ha garantito una crescita significativa nel numero di interfacce per telecamere disponibili. Tuttavia, nonostante i progressi tecnologici, le interfacce MIPI e USB sono rimaste le due tipologie più diffuse per la maggior parte delle applicazioni di visione integrata.

 

Interfaccia MIPI

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) è uno standard aperto e una specifica avviata dalla MIPI Alliance per i processori di applicazioni mobili.moduli per fotocamere MIPISono comunemente presenti in telefoni cellulari e tablet e supportano risoluzioni ad alta definizione superiori a 5 milioni di pixel. Lo standard MIPI è suddiviso in MIPI DSI e MIPI CSI, che corrispondono rispettivamente agli standard di visualizzazione e di input video. Attualmente, i moduli fotocamera MIPI sono ampiamente utilizzati in altri prodotti embedded, come smartphone, registratori di guida, telecamere per le forze dell'ordine, microcamere ad alta definizione e telecamere di videosorveglianza.

MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) definisce un'interfaccia seriale ad alta velocità tra un processore host e un modulo display. L'interfaccia consente ai produttori di integrare display ad alte prestazioni, con basso consumo energetico e basse interferenze elettromagnetiche (EMI), riducendo al contempo il numero di pin e mantenendo la compatibilità tra diversi fornitori. I progettisti possono utilizzare MIPI DSI per offrire una resa cromatica brillante anche negli scenari di immagini e video più esigenti e supportare la trasmissione di contenuti stereoscopici.

 

MIPI è l'interfaccia più diffusa sul mercato odierno per la trasmissione punto-punto di immagini e video tra telecamere e dispositivi host. Ciò è dovuto alla sua facilità d'uso e alla capacità di supportare un'ampia gamma di applicazioni ad alte prestazioni. Offre inoltre potenti funzionalità come video a 1080p, 4K, 8K e risoluzioni superiori, oltre a immagini ad alta risoluzione.

 

L'interfaccia MIPI è la scelta ideale per applicazioni come visori per realtà virtuale, applicazioni per la gestione intelligente del traffico, sistemi di riconoscimento dei gesti, droni, riconoscimento facciale, sicurezza, sistemi di sorveglianza, ecc.

 

Interfaccia MIPI CSI-2

Lo standard MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) è un'interfaccia performante, economica e semplice da usare. MIPI CSI-2 offre una larghezza di banda massima di 10 Gb/s con quattro corsie per i dati immagine, ciascuna in grado di trasferire dati fino a 2,5 Gb/s. MIPI CSI-2 è più veloce di USB 3.0 e dispone di un protocollo affidabile per la gestione di video da 1080p a 8K e oltre. Inoltre, grazie al suo basso overhead, MIPI CSI-2 offre una maggiore larghezza di banda netta per le immagini.

 

L'interfaccia MIPI CSI-2 utilizza meno risorse della CPU, grazie ai suoi processori multi-core. È l'interfaccia predefinita per le fotocamere di Raspberry Pi e Jetson Nano. Anche i moduli fotocamera V1 e V2 per Raspberry Pi si basano su di essa.

 

Limitazioni dell'interfaccia MIPI CSI-2

Sebbene sia un'interfaccia potente e diffusa, MIPI CSI presenta alcune limitazioni. Ad esempio, le telecamere MIPI richiedono driver aggiuntivi per funzionare. Ciò significa che il supporto per diversi sensori di immagine è limitato, a meno che i produttori di sistemi embedded non lo richiedano espressamente!

 

Vantaggi di MIPI:

L'interfaccia MIPI ha un numero inferiore di linee di segnale rispetto all'interfaccia DVP. Essendo un segnale differenziale a bassa tensione, le interferenze generate sono ridotte e la capacità anti-interferenza è elevata. Tutti i dispositivi da 800 W in su utilizzano l'interfaccia MIPI. Anche l'interfaccia della fotocamera dello smartphone utilizza MIPI.

 

Come funziona?

In genere, la scheda ultracompatta in un sistema di visione supporta MIPI CSI-2 ed è compatibile con un'ampia gamma di soluzioni di sensori intelligenti. Inoltre, è compatibile con molte schede CPU diverse.
MIPI CSI-2 supporta il livello fisico MIPI D-PHY per comunicare con il processore applicativo o System on a Chip (SoC). Può essere implementato su uno dei due livelli fisici: MIPI C-PHY℠ v2.0 o MIPI D-PHY℠ v2.5. Pertanto, le sue prestazioni sono scalabili a livello di corsia.

In una telecamera MIPI, il sensore cattura e trasmette un'immagine all'host CSI-2. Una volta trasmessa, l'immagine viene memorizzata come singoli fotogrammi. Ogni fotogramma viene trasmesso attraverso canali virtuali. Ciascun canale viene poi suddiviso in linee, trasmesse una alla volta. Ciò consente la trasmissione completa dell'immagine dallo stesso sensore, ma con flussi di pixel multipli.

MIPI CSI-2 utilizza pacchetti per la comunicazione che includono il formato dei dati e la funzionalità di codice di correzione degli errori (ECC). Un singolo pacchetto attraversa il livello D-PHY e viene quindi suddiviso nel numero di canali dati necessari. Il D-PHY opera in modalità ad alta velocità e trasmette il pacchetto al ricevitore attraverso il canale.

Successivamente, il ricevitore CSI-2 è dotato di un livello fisico D-PHY per estrarre e decodificare il pacchetto. Il processo viene ripetuto frame per frame dal dispositivo CSI-2 all'host attraverso un'implementazione efficiente ed economica.

 

Interfaccia USB

ILinterfaccia USBDi solito funge da punto di giunzione tra due sistemi: la telecamera e il PC. Essendo nota per la sua funzionalità plug-and-play, la scelta dell'interfaccia USB significa poter dire addio ai lunghi e costosi tempi di sviluppo per l'interfaccia di visione integrata. L'USB 2.0, la versione precedente, presenta notevoli limitazioni tecniche. Con il progressivo indebolimento della tecnologia, molti dei suoi componenti diventano incompatibili. Le interfacce USB 3.0 e USB 3.1 Gen 1 sono state introdotte per superare le limitazioni dell'interfaccia USB 2.0.

Interfaccia USB 3.0

L'interfaccia USB 3.0 (e USB 3.1 Gen 1) combina i vantaggi di diverse interfacce, tra cui la compatibilità plug-and-play e il basso carico sulla CPU. Lo standard industriale per la visione artificiale USB 3.0 ne aumenta inoltre l'affidabilità per telecamere ad alta risoluzione e ad alta velocità.

Richiede un hardware aggiuntivo minimo e supporta una larghezza di banda ridotta, fino a 40 megabyte al secondo. La larghezza di banda massima raggiunge i 480 megabyte al secondo. È 10 volte più veloce di USB 2.0 e 4 volte più veloce di GigE! La sua funzionalità plug-and-play garantisce la facile sostituzione dei dispositivi di visione integrati, semplificando la sostituzione di una telecamera danneggiata.

 

 

Limitazioni dell'interfaccia USB 3.0

Il più grande svantaggio delUSB 3.0L'interfaccia limita la possibilità di utilizzare sensori ad alta risoluzione ad alta velocità. Un altro svantaggio è la limitazione di distanza, che consente l'utilizzo di cavi fino a 5 metri dal processore host. Sebbene siano disponibili cavi più lunghi, questi sono tutti dotati di "amplificatori". La compatibilità di questi cavi con le telecamere industriali deve essere verificata caso per caso.