MIPIカメラとUSBカメラの比較
ここ数年で、組み込みビジョンは単なる流行語から、産業、医療、小売、エンターテイメント、農業など幅広い分野で広く採用される技術へと進化を遂げました。その進化の各段階において、組み込みビジョンは利用可能なカメラインターフェースの数を大幅に増加させてきました。しかし、技術の進歩にもかかわらず、MIPIとUSBインターフェースは、組み込みビジョンアプリケーションの大部分において依然として最も普及している2つのインターフェースタイプです。
MIPIインターフェース
MIPI（Mobile Industry Processor Interface）は、モバイルアプリケーションプロセッサ向けにMIPIアライアンスが策定したオープンスタンダードおよび仕様です。MIPIカメラモジュールMIPIは、携帯電話やタブレットによく搭載されており、500万画素を超える高解像度に対応しています。MIPIは、ビデオ表示規格とビデオ入力規格に対応するMIPI DSIとMIPI CSIに分かれています。現在、MIPIカメラモジュールは、スマートフォン、ドライブレコーダー、法執行機関用カメラ、高解像度マイクロカメラ、ネットワーク監視カメラなど、他の組み込み製品にも広く使用されています。
MIPIディスプレイシリアルインターフェース（MIPI DSI®）は、ホストプロセッサとディスプレイモジュール間の高速シリアルインターフェースを定義します。このインターフェースにより、メーカーは高性能、低消費電力、低電磁干渉（EMI）を実現するディスプレイを統合できるだけでなく、ピン数を削減し、異なるサプライヤー間での互換性を維持できます。設計者はMIPI DSIを使用して、最も要求の厳しい画像およびビデオのシナリオで鮮やかな色彩表現を実現し、立体視コンテンツの伝送をサポートできます。
MIPIは、カメラとホストデバイス間のポイントツーポイント画像・動画伝送において、現在市場で最も広く使用されているインターフェースです。その人気の理由は、MIPIの使いやすさと、幅広い高性能アプリケーションをサポートできる能力にあります。また、1080p、4K、8K以上の動画や高解像度イメージングといった強力な機能も備えています。
MIPIインターフェースは、ヘッドマウント型仮想現実デバイス、スマート交通アプリケーション、ジェスチャー認識システム、ドローン、顔認識、セキュリティ、監視システムなどのアプリケーションに最適な選択肢です。
MIPI CSI-2インターフェース
MIPI CSI-2（MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation）規格は、高性能かつコスト効率に優れ、使いやすいインターフェースです。MIPI CSI-2は、最大10 Gb/sの帯域幅と4つの画像データレーンを備え、各レーンは最大2.5 Gb/sのデータ転送が可能です。MIPI CSI-2はUSB 3.0よりも高速で、1080pから8K、さらにそれ以上の解像度のビデオを扱うための信頼性の高いプロトコルを備えています。さらに、オーバーヘッドが少ないため、MIPI CSI-2はより高い実効画像帯域幅を実現しています。
MIPI CSI-2インターフェースは、マルチコアプロセッサのおかげでCPUのリソース消費量が少なくて済みます。これはRaspberry PiとJetson Nanoの標準カメラインターフェースです。Raspberry PiカメラモジュールV1とV2もこのインターフェースをベースにしています。
MIPI CSI-2インターフェースの制限事項
MIPI CSIは強力で人気の高いインターフェースですが、いくつかの制限事項があります。例えば、MIPIカメラは動作するために追加のドライバを必要とします。つまり、組み込みシステムメーカーが積極的に対応しない限り、さまざまなイメージセンサーへの対応は限られているということです。
MIPIの利点：
MIPIインターフェースは、DVPインターフェースよりも信号線数が少ない。低電圧差動信号であるため、発生する干渉が少なく、耐干渉性も高い。800W以上の機器はすべてMIPIインターフェースを採用している。スマートフォンのカメラインターフェースもMIPIを使用している。
仕組みは？
一般的に、ビジョンシステムに搭載される超小型ボードはMIPI CSI-2をサポートし、幅広いインテリジェントセンサーソリューションに対応しています。さらに、様々なCPUボードとの互換性も備えています。
MIPI CSI-2は、アプリケーションプロセッサまたはシステムオンチップ（SoC）との通信にMIPI D-PHY物理層をサポートします。MIPI C-PHY℠ v2.0またはMIPI D-PHY℠ v2.5のいずれかの物理層に実装できるため、レーン数に応じてパフォーマンスを拡張できます。
MIPIカメラでは、カメラセンサーが画像をキャプチャし、CSI-2ホストに送信します。画像が送信される際、個々のフレームとしてメモリに格納されます。各フレームは仮想チャネルを通して送信されます。各チャネルはその後、ラインに分割され、1ラインずつ送信されます。したがって、同じイメージセンサーから複数のピクセルストリームで完全な画像伝送が可能になります。
MIPI CSI-2は、データフォーマットとエラー訂正符号（ECC）機能を含むパケットを使用して通信を行います。単一のパケットはD-PHYレイヤを通過し、必要なデータレーン数に分割されます。D-PHYは高速モードで動作し、チャネルを介してパケットを受信側に送信します。
次に、CSI-2受信機には、パケットを抽出および復号するためのD-PHY物理層が備えられています。この処理は、効率的かつ低コストな実装により、CSI-2デバイスからホストまでフレームごとに繰り返されます。
USBインターフェース
のUSBインターフェースUSB は、カメラと PC という 2 つのシステム間の接続点として機能する傾向があります。プラグアンドプレイ機能でよく知られているため、USB インターフェースを選択すれば、組み込みビジョン インターフェースの開発に時間とコストがかかる高額な開発期間に別れを告げることができます。古いバージョンの USB 2.0 には、重大な技術的制限があります。テクノロジーが衰退し始めると、そのコンポーネントの多くが互換性を失います。USB 3.0 および USB 3.1 Gen 1 インターフェースは、USB 2.0 インターフェースの制限を克服するためにリリースされました。
USB 3.0（およびUSB 3.1 Gen 1）インターフェースは、さまざまなインターフェースの長所を兼ね備えています。これには、プラグアンドプレイ互換性と低いCPU負荷が含まれます。また、USB 3.0は画像処理の業界標準規格であるため、高解像度および高速カメラにおける信頼性も向上しています。
最小限の追加ハードウェアで済み、最大40メガバイト/秒の低帯域幅をサポートします。最大帯域幅は480メガバイト/秒です。これはUSB 2.0の10倍、GigEの4倍の速度です。プラグアンドプレイ機能により、組み込みビジョンデバイスを簡単に交換できるため、破損したカメラの交換も容易です。
USB 3.0インターフェースの制限事項
最大の欠点はUSB 3.0インターフェース上の欠点は、高解像度センサーを高速で動作させることができない点です。また、ホストプロセッサからケーブルを最大5メートルまでしか接続できないという制約もあります。より長いケーブルも入手可能ですが、それらはすべて「ブースター」が付属しています。これらのケーブルが産業用カメラとどの程度うまく連携するかは、個々のケースごとに確認する必要があります。
投稿日時：2023年3月22日
