MIPI-камера против USB-камеры
За последние несколько лет встроенное машинное зрение превратилось из модного термина в широко распространенную технологию, используемую в промышленности, медицине, розничной торговле, индустрии развлечений и сельском хозяйстве. На каждом этапе своего развития встроенное машинное зрение обеспечивало значительный рост числа доступных интерфейсов камер. Однако, несмотря на технологические достижения, интерфейсы MIPI и USB остаются двумя наиболее популярными типами для большинства приложений встроенного машинного зрения.
Интерфейс MIPI
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) — это открытый стандарт и спецификация, разработанная альянсом MIPI для процессоров мобильных приложений.модули камер MIPIMIPI широко распространены в мобильных телефонах и планшетах и поддерживают разрешение высокой четкости более 5 миллионов пикселей. MIPI подразделяется на MIPI DSI и MIPI CSI, которые соответствуют стандартам отображения и видеовхода соответственно. В настоящее время модули камер MIPI широко используются в других встроенных устройствах, таких как смартфоны, видеорегистраторы, камеры для правоохранительных органов, микрокамеры высокого разрешения и сетевые камеры видеонаблюдения.
MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) определяет высокоскоростной последовательный интерфейс между главным процессором и модулем дисплея. Этот интерфейс позволяет производителям интегрировать дисплеи для обеспечения высокой производительности, низкого энергопотребления и низкого уровня электромагнитных помех (ЭМП), одновременно сокращая количество контактов и сохраняя совместимость с различными поставщиками. Разработчики могут использовать MIPI DSI для обеспечения превосходной цветопередачи в самых требовательных сценариях обработки изображений и видео, а также для поддержки передачи стереоскопического контента.
MIPI — наиболее распространенный на современном рынке интерфейс для прямой передачи изображений и видео между камерами и хост-устройствами. Это объясняется простотой использования MIPI и его способностью поддерживать широкий спектр высокопроизводительных приложений. Он также обладает мощными функциями, такими как видео 1080p, 4K, 8K и выше, а также изображения высокого разрешения.
Интерфейс MIPI идеально подходит для таких приложений, как шлемы виртуальной реальности, интеллектуальные системы управления дорожным движением, системы распознавания жестов, дроны, системы распознавания лиц, системы безопасности и видеонаблюдения и т. д.
Интерфейс MIPI CSI-2
Стандарт MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) — это высокопроизводительный, экономичный и простой в использовании интерфейс. MIPI CSI-2 обеспечивает максимальную пропускную способность 10 Гбит/с с четырьмя линиями передачи данных изображения — каждая линия способна передавать данные со скоростью до 2,5 Гбит/с. MIPI CSI-2 быстрее, чем USB 3.0, и имеет надежный протокол для обработки видео от 1080p до 8K и выше. Кроме того, благодаря низким накладным расходам, MIPI CSI-2 имеет более высокую чистую пропускную способность изображения.
Интерфейс MIPI CSI-2 использует меньше ресурсов центрального процессора благодаря многоядерным процессорам. Это стандартный интерфейс камеры для Raspberry Pi и Jetson Nano. На его основе также созданы модули камер Raspberry Pi V1 и V2.
Ограничения интерфейса MIPI CSI-2
Несмотря на то, что MIPI CSI — это мощный и популярный интерфейс, он имеет ряд ограничений. Например, для работы камер MIPI требуются дополнительные драйверы. Это означает, что поддержка различных датчиков изображения ограничена, если только производители встраиваемых систем не будут прилагать к этому значительные усилия!
Преимущества MIPI:
Интерфейс MIPI имеет меньше сигнальных линий, чем интерфейс DVP. Поскольку это низковольтный дифференциальный сигнал, генерируемые помехи невелики, а помехоустойчивость также высока. Все устройства мощностью 800 Вт и выше используют интерфейс MIPI. Интерфейс камеры смартфона также использует MIPI.
Как это работает?
Как правило, сверхкомпактная плата в системе машинного зрения поддерживает MIPI CSI-2 и работает с широким спектром интеллектуальных сенсорных решений. Кроме того, она совместима со многими различными платами ЦП.
MIPI CSI-2 поддерживает физический уровень MIPI D-PHY для связи с прикладным процессором или системой на кристалле (SoC). Он может быть реализован на любом из двух физических уровней: MIPI C-PHY℠ v2.0 или MIPI D-PHY℠ v2.5. Следовательно, его производительность масштабируема по количеству линий.
В MIPI-камере датчик изображения захватывает и передает его на хост-компьютер CSI-2. После передачи изображение помещается в память в виде отдельных кадров. Каждый кадр передается через виртуальные каналы. Затем каждый канал разбивается на строки, которые передаются по одной. Таким образом, это позволяет осуществлять полную передачу изображения с одного и того же датчика изображения, но с использованием нескольких потоков пикселей.
MIPI CSI-2 использует пакетную передачу данных, включающую формат данных и функциональность кода коррекции ошибок (ECC). Один пакет проходит через физический уровень (D-PHY), а затем разбивается на необходимое количество каналов передачи данных. D-PHY работает в высокоскоростном режиме и передает пакет приемнику по каналу.
Затем приемник CSI-2 получает доступ к физическому уровню D-PHY для извлечения и декодирования пакета. Этот процесс повторяется покадрово от устройства CSI-2 к хосту с помощью эффективной и недорогой реализации.
USB-интерфейс
ОнUSB-интерфейсUSB-интерфейс обычно служит связующим звеном между двумя системами — камерой и ПК. Благодаря своей простоте подключения (plug-and-play), выбор USB-интерфейса позволяет попрощаться с дорогостоящими и длительными сроками разработки интерфейса для встроенного машинного зрения. USB 2.0, более старая версия, имеет существенные технические ограничения. По мере устаревания технологии ряд её компонентов становится несовместимым. Для преодоления ограничений интерфейса USB 2.0 были разработаны интерфейсы USB 3.0 и USB 3.1 Gen 1.
Интерфейс USB 3.0 (и USB 3.1 Gen 1) сочетает в себе преимущества различных интерфейсов. К ним относятся совместимость по принципу Plug-and-Play и низкая нагрузка на процессор. Промышленный стандарт USB 3.0 также повышает его надежность для камер высокого разрешения и высокой скорости передачи данных.
Для его работы требуется минимальное количество дополнительного оборудования, и он поддерживает низкую пропускную способность — до 40 мегабайт в секунду. Максимальная пропускная способность составляет 480 мегабайт в секунду. Это в 10 раз быстрее, чем USB 2.0, и в 4 раза быстрее, чем GigE! Благодаря возможности подключения по принципу «подключи и работай» встроенные устройства машинного зрения можно легко заменять, что упрощает замену поврежденной камеры.
Ограничения интерфейса USB 3.0
Самый большой недостатокUSB 3.0Проблема заключается в том, что невозможно использовать датчики высокого разрешения на высокой скорости. Еще один недостаток – возможность использования кабеля на расстоянии до 5 метров от центрального процессора. Хотя существуют и более длинные кабели, все они оснащены «усилителями». Эффективность взаимодействия таких кабелей с промышленными камерами необходимо проверять в каждом конкретном случае.
Дата публикации: 22 марта 2023 г.
