Câmera MIPI vs Câmera USB

Câmera MIPI vs Câmera USB

Nos últimos anos, a visão embarcada evoluiu de uma palavra da moda para uma tecnologia amplamente adotada nos setores industrial, médico, varejista, de entretenimento e agrícola. A cada fase de sua evolução, a visão embarcada garantiu um crescimento significativo no número de interfaces de câmera disponíveis. No entanto, apesar dos avanços tecnológicos, as interfaces MIPI e USB continuam sendo os dois tipos mais populares para a maioria das aplicações de visão embarcada.

 

Interface MIPI

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) é um padrão aberto e uma especificação iniciada pela MIPI Alliance para processadores de aplicativos móveis.módulos de câmera MIPISão comuns em celulares e tablets e suportam resoluções de alta definição superiores a 5 milhões de pixels. O MIPI é dividido em MIPI DSI e MIPI CSI, que correspondem aos padrões de exibição e entrada de vídeo, respectivamente. Atualmente, os módulos de câmera MIPI são amplamente utilizados em outros produtos embarcados, como smartphones, câmeras veiculares, câmeras policiais, microcâmeras de alta definição e câmeras de vigilância em rede.

A interface MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) define uma interface serial de alta velocidade entre um processador host e um módulo de exibição. Essa interface permite que os fabricantes integrem telas com alto desempenho, baixo consumo de energia e baixa interferência eletromagnética (EMI), reduzindo a quantidade de pinos e mantendo a compatibilidade entre diferentes fornecedores. Os projetistas podem usar a MIPI DSI para fornecer renderização de cores brilhante para os cenários de imagem e vídeo mais exigentes e suportar a transmissão de conteúdo estereoscópico.

 

MIPI é a interface mais utilizada atualmente no mercado para transmissão ponto a ponto de imagens e vídeos entre câmeras e dispositivos host. Isso se deve à sua facilidade de uso e à sua capacidade de suportar uma ampla gama de aplicações de alto desempenho. Além disso, oferece recursos avançados como vídeo em 1080p, 4K, 8K e resoluções superiores, bem como imagens de alta resolução.

 

A interface MIPI é uma escolha ideal para aplicações como dispositivos de realidade virtual montados na cabeça, aplicações de tráfego inteligente, sistemas de reconhecimento de gestos, drones, reconhecimento facial, segurança, sistemas de vigilância, etc.

 

Interface MIPI CSI-2

O padrão MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) é uma interface de alto desempenho, custo-benefício e fácil de usar. O MIPI CSI-2 oferece uma largura de banda máxima de 10 Gb/s com quatro canais de dados de imagem – cada canal capaz de transferir dados a até 2,5 Gb/s. O MIPI CSI-2 é mais rápido que o USB 3.0 e possui um protocolo confiável para lidar com vídeo de 1080p a 8K e resoluções superiores. Além disso, devido à sua baixa sobrecarga, o MIPI CSI-2 apresenta uma largura de banda líquida de imagem maior.

 

A interface MIPI CSI-2 utiliza menos recursos da CPU, graças aos seus processadores multi-core. É a interface de câmera padrão para Raspberry Pi e Jetson Nano. Os módulos de câmera Raspberry Pi V1 e V2 também são baseados nela.

 

Limitações da interface MIPI CSI-2

Apesar de ser uma interface poderosa e popular, a MIPI CSI apresenta algumas limitações. Por exemplo, as câmeras MIPI dependem de drivers adicionais para funcionar. Isso significa que o suporte para diferentes sensores de imagem é limitado, a menos que os fabricantes de sistemas embarcados realmente invistam nisso!

 

Vantagens do MIPI:

A interface MIPI possui menos linhas de sinal do que a interface DVP. Por se tratar de um sinal diferencial de baixa tensão, a interferência gerada é pequena e a capacidade anti-interferência também é alta. Dispositivos com potência igual ou superior a 800W utilizam a interface MIPI. A interface da câmera do smartphone também utiliza MIPI.

 

Como funciona?

Normalmente, a placa ultracompacta em um sistema de visão suporta MIPI CSI-2 e funciona com uma ampla gama de soluções de sensores inteligentes. Além disso, é compatível com diversas placas de CPU.
O MIPI CSI-2 suporta a camada física MIPI D-PHY para comunicação com o processador de aplicação ou Sistema em um Chip (SoC). Ele pode ser implementado em qualquer uma das duas camadas físicas: MIPI C-PHY℠ v2.0 ou MIPI D-PHY℠ v2.5. Portanto, seu desempenho é escalável por canal.

Em uma câmera MIPI, o sensor da câmera captura e transmite uma imagem para o host CSI-2. Quando a imagem é transmitida, ela é armazenada na memória como quadros individuais. Cada quadro é transmitido por meio de canais virtuais. Cada canal é então dividido em linhas – transmitidas uma de cada vez. Dessa forma, é possível transmitir a imagem completa a partir do mesmo sensor de imagem, mas com múltiplos fluxos de pixels.

O protocolo MIPI CSI-2 utiliza pacotes para comunicação, incluindo formato de dados e funcionalidade de código de correção de erros (ECC). Um único pacote percorre a camada D-PHY e, em seguida, é dividido no número de vias de dados necessárias. A camada D-PHY opera em modo de alta velocidade e transmite o pacote para o receptor através do canal.

Em seguida, o receptor CSI-2 recebe a camada física D-PHY para extrair e decodificar o pacote. O processo se repete quadro a quadro, do dispositivo CSI-2 até o host, por meio de uma implementação eficiente e de baixo custo.

 

Interface USB

OInterface USBGeralmente serve como ponto de junção entre dois sistemas – a câmera e o PC. Conhecida por sua facilidade de uso (plug-and-play), a interface USB permite que você se despeça de desenvolvimentos demorados e caros para sua interface de visão embarcada. O USB 2.0, versão anterior, possui limitações técnicas significativas. Com o declínio dessa tecnologia, diversos componentes tornaram-se incompatíveis. As interfaces USB 3.0 e USB 3.1 Gen 1 foram lançadas para superar as limitações do USB 2.0.

Interface USB 3.0

A interface USB 3.0 (e USB 3.1 Gen 1) combina as vantagens de diferentes interfaces. Entre elas, a compatibilidade plug-and-play e a baixa carga na CPU. O padrão industrial de visão do USB 3.0 também aumenta sua confiabilidade para câmeras de alta resolução e alta velocidade.

Requer hardware adicional mínimo e suporta baixa largura de banda – até 40 megabytes por segundo. Possui largura de banda máxima de 480 megabytes por segundo. Isso é 10 vezes mais rápido que o USB 2.0 e 4 vezes mais rápido que o GigE! Sua funcionalidade plug-and-play garante que os dispositivos de visão embarcados possam ser trocados com facilidade – simplificando a substituição de uma câmera danificada.

 

 

Limitações da interface USB 3.0

A maior desvantagem doUSB 3.0Uma desvantagem da interface é que não é possível operar sensores de alta resolução em alta velocidade. Outro ponto negativo é que o cabo só pode ser usado a uma distância de até 5 metros do processador principal. Embora existam cabos mais longos, todos eles vêm equipados com extensores de alcance. O desempenho desses cabos com câmeras industriais precisa ser verificado em cada caso específico.