Kamera MIPI kontra kamera USB
W ciągu ostatnich kilku lat, wbudowana wizja ewoluowała od modnego hasła do powszechnie stosowanej technologii wykorzystywanej w przemyśle, medycynie, handlu detalicznym, rozrywce i rolnictwie. Z każdą fazą swojej ewolucji, wbudowana wizja zapewniała znaczny wzrost liczby dostępnych interfejsów kamer. Jednak pomimo postępu technologicznego, interfejsy MIPI i USB pozostają dwoma najpopularniejszymi typami w większości aplikacji wbudowanej wizji.
Interfejs MIPI
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) to otwarty standard i specyfikacja zainicjowana przez MIPI Alliance dla procesorów aplikacji mobilnych.Moduły kamery MIPISą powszechnie spotykane w telefonach komórkowych i tabletach i obsługują rozdzielczość HD przekraczającą 5 milionów pikseli. MIPI dzieli się na MIPI DSI i MIPI CSI, które odpowiadają odpowiednio standardom wyświetlania i wejścia wideo. Obecnie moduły kamer MIPI są szeroko stosowane w innych produktach wbudowanych, takich jak smartfony, rejestratory jazdy, kamery organów ścigania, mikrokamery HD i kamery monitoringu sieciowego.
Interfejs szeregowy MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) definiuje szybki interfejs szeregowy między procesorem hosta a modułem wyświetlacza. Interfejs ten umożliwia producentom integrację wyświetlaczy w celu zapewnienia wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii i niskich zakłóceń elektromagnetycznych (EMI), przy jednoczesnej redukcji liczby pinów i zachowaniu kompatybilności między różnymi dostawcami. Projektanci mogą używać MIPI DSI do zapewnienia doskonałego odwzorowania kolorów w najbardziej wymagających scenariuszach przetwarzania obrazu i wideo oraz obsługi transmisji treści stereoskopowych.
MIPI to obecnie najpopularniejszy interfejs do transmisji obrazu i wideo typu punkt-punkt między kamerami a urządzeniami hosta. Wynika to z łatwości obsługi MIPI i jego możliwości obsługi szerokiej gamy wysokowydajnych aplikacji. Interfejs ten oferuje również zaawansowane funkcje, takie jak obsługa wideo w rozdzielczości 1080p, 4K, 8K i wyższej oraz obrazowanie w wysokiej rozdzielczości.
Interfejs MIPI to idealny wybór dla takich zastosowań, jak urządzenia wirtualnej rzeczywistości mocowane na głowie, inteligentne aplikacje do zarządzania ruchem drogowym, systemy rozpoznawania gestów, drony, rozpoznawanie twarzy, systemy bezpieczeństwa, systemy nadzoru itp.
Interfejs MIPI CSI-2
Standard MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) to wydajny, ekonomiczny i prosty w obsłudze interfejs. MIPI CSI-2 oferuje maksymalną przepustowość 10 Gb/s z czterema kanałami danych obrazu – każdy kanał może przesyłać dane z prędkością do 2,5 Gb/s. MIPI CSI-2 jest szybszy niż USB 3.0 i oferuje niezawodny protokół do obsługi wideo w rozdzielczości od 1080p do 8K i wyższej. Ponadto, dzięki niskiemu narzutowi, MIPI CSI-2 charakteryzuje się wyższą przepustowością netto obrazu.
Interfejs MIPI CSI-2 zużywa mniej zasobów procesora – dzięki wielordzeniowym procesorom. Jest to domyślny interfejs kamery dla Raspberry Pi i Jetson Nano. Moduł kamery Raspberry Pi V1 i V2 również jest na nim oparty.
Ograniczenia interfejsu MIPI CSI-2
Mimo że jest to wydajny i popularny interfejs, MIPI CSI ma pewne ograniczenia. Na przykład, kamery MIPI wymagają dodatkowych sterowników do działania. Oznacza to, że obsługa różnych matryc obrazu jest ograniczona, chyba że producenci systemów wbudowanych będą na nią bardzo naciskać!
Zalety MIPI:
Interfejs MIPI ma mniej linii sygnałowych niż interfejs DVP. Ponieważ jest to sygnał różnicowy o niskim napięciu, generowane zakłócenia są niewielkie, a odporność na zakłócenia jest również wysoka. Interfejs MIPI jest używany w urządzeniach o mocy od 800 W do ponad 1000 W. Interfejs MIPI jest również używany w aparatach smartfonów.
Jak to działa?
Zazwyczaj ultrakompaktowa płytka w systemie wizyjnym obsługuje MIPI CSI-2 i współpracuje z szeroką gamą inteligentnych rozwiązań czujnikowych. Co więcej, jest kompatybilna z wieloma różnymi płytkami CPU.
MIPI CSI-2 obsługuje warstwę fizyczną MIPI D-PHY w celu komunikacji z procesorem aplikacji lub układem SoC (System on a Chip). Można go zaimplementować na jednej z dwóch warstw fizycznych: MIPI C-PHY℠ v2.0 lub MIPI D-PHY℠ v2.5. Dzięki temu jego wydajność jest skalowalna w poziomie.
W kamerze MIPI sensor kamery rejestruje i przesyła obraz do hosta CSI-2. Po przesłaniu obraz jest umieszczany w pamięci jako pojedyncze klatki. Każda klatka jest przesyłana kanałami wirtualnymi. Następnie każdy kanał jest dzielony na linie – przesyłane pojedynczo. Dzięki temu możliwe jest pełne przesyłanie obrazu z tego samego sensora obrazu – ale z wieloma strumieniami pikseli.
MIPI CSI-2 wykorzystuje do komunikacji pakiety, które obejmują funkcjonalność formatu danych i kodu korekcji błędów (ECC). Pojedynczy pakiet przechodzi przez warstwę D-PHY, a następnie dzieli się na wymaganą liczbę ścieżek danych. D-PHY działa w trybie wysokiej prędkości i przesyła pakiet do odbiornika kanałem.
Następnie odbiornik CSI-2 otrzymuje warstwę fizyczną D-PHY w celu wyodrębnienia i zdekodowania pakietu. Proces ten jest powtarzany klatka po klatce od urządzenia CSI-2 do hosta dzięki wydajnej i taniej implementacji.
Interfejs USB
TenInterfejs USBUSB zazwyczaj służy jako łącznik między dwoma systemami – kamerą a komputerem. Ponieważ jest on znany ze swojej funkcjonalności plug-and-play, wybór interfejsu USB oznacza, że możesz pożegnać się z kosztownym, długotrwałym procesem rozwoju i kosztami wbudowanego interfejsu wizyjnego. USB 2.0, starsza wersja, ma istotne ograniczenia techniczne. Wraz z zanikaniem technologii, wiele jej komponentów staje się niekompatybilnych. Interfejsy USB 3.0 i USB 3.1 Gen 1 zostały wprowadzone na rynek, aby przezwyciężyć ograniczenia interfejsu USB 2.0.
Interfejs USB 3.0 (i USB 3.1 Gen 1) łączy w sobie zalety różnych interfejsów. Należą do nich kompatybilność plug-and-play i niskie obciążenie procesora. Standard przemysłowy USB 3.0 zwiększa również jego niezawodność w przypadku kamer o wysokiej rozdzielczości i kamer o dużej szybkości.
Wymaga minimalnego dodatkowego sprzętu i obsługuje niską przepustowość – do 40 megabajtów na sekundę. Maksymalna przepustowość wynosi 480 megabajtów na sekundę. To 10 razy szybciej niż USB 2.0 i 4 razy szybciej niż GigE! Dzięki obsłudze plug-and-play, wbudowane urządzenia wizyjne można łatwo wymienić, co ułatwia wymianę uszkodzonej kamery.
Ograniczenia interfejsu USB 3.0
Największą wadąUSB 3.0Interfejs jest taki, że nie można obsługiwać czujników o wysokiej rozdzielczości z dużą prędkością. Kolejną wadą jest to, że kabel można używać tylko w odległości do 5 metrów od procesora hosta. Chociaż dostępne są dłuższe kable, wszystkie są wyposażone w „wzmacniacze”. Skuteczność tych kabli we współpracy z kamerami przemysłowymi należy sprawdzać w każdym indywidualnym przypadku.
Czas publikacji: 22 marca 2023 r.
