กล้อง MIPI เทียบกับกล้อง USB
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการมองเห็นแบบฝังตัว (Embedded Vision) ได้พัฒนาจากคำศัพท์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายไปสู่เทคโนโลยีที่ได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในภาคอุตสาหกรรม การแพทย์ การค้าปลีก ความบันเทิง และการเกษตร ในแต่ละช่วงของการพัฒนา เทคโนโลยีการมองเห็นแบบฝังตัวได้ทำให้จำนวนอินเทอร์เฟซกล้องที่มีให้เลือกใช้เพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี แต่ MIPI และ USB ก็ยังคงเป็นอินเทอร์เฟซสองประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันการมองเห็นแบบฝังตัวส่วนใหญ่
อินเทอร์เฟซ MIPI
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) เป็นมาตรฐานเปิดและข้อกำหนดที่ริเริ่มโดย MIPI Alliance สำหรับโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันบนมือถือโมดูลกล้อง MIPIโมดูลกล้อง MIPI พบได้ทั่วไปในโทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ต และรองรับความละเอียดสูงกว่า 5 ล้านพิกเซล MIPI แบ่งออกเป็น MIPI DSI และ MIPI CSI ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานการแสดงผลวิดีโอและการป้อนข้อมูลวิดีโอตามลำดับ ปัจจุบัน โมดูลกล้อง MIPI ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ฝังตัวอื่นๆ เช่น สมาร์ทโฟน กล้องบันทึกภาพในรถยนต์ กล้องสำหรับงานบังคับใช้กฎหมาย กล้องไมโครความละเอียดสูง และกล้องวงจรปิดเครือข่าย
MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI ® ) กำหนดอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมความเร็วสูงระหว่างโปรเซสเซอร์หลักและโมดูลแสดงผล อินเทอร์เฟซนี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถผสานรวมจอแสดงผลเพื่อประสิทธิภาพสูง การใช้พลังงานต่ำ และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ต่ำ ในขณะเดียวกันก็ลดจำนวนพินและรักษาความเข้ากันได้ระหว่างผู้ผลิตต่างๆ นักออกแบบสามารถใช้ MIPI DSI เพื่อให้การแสดงผลสีที่ยอดเยี่ยมสำหรับสถานการณ์ภาพและวิดีโอที่ต้องการความแม่นยำสูง และรองรับการส่งเนื้อหาแบบสามมิติได้
MIPI เป็นอินเทอร์เฟซที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในตลาดปัจจุบันสำหรับการส่งภาพและวิดีโอแบบจุดต่อจุดระหว่างกล้องและอุปกรณ์โฮสต์ เนื่องจาก MIPI ใช้งานง่ายและรองรับแอปพลิเคชันประสิทธิภาพสูงได้หลากหลาย นอกจากนี้ยังมาพร้อมกับคุณสมบัติที่ทรงพลัง เช่น วิดีโอความละเอียด 1080p, 4K, 8K และสูงกว่านั้น รวมถึงการถ่ายภาพความละเอียดสูง
อินเทอร์เฟซ MIPI เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น อุปกรณ์เสมือนจริงแบบสวมศีรษะ แอปพลิเคชันการจราจรอัจฉริยะ ระบบจดจำท่าทาง โดรน การจดจำใบหน้า ระบบรักษาความปลอดภัย และระบบเฝ้าระวัง เป็นต้น
อินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2
มาตรฐาน MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation) เป็นอินเทอร์เฟซที่มีประสิทธิภาพสูง คุ้มค่า และใช้งานง่าย MIPI CSI-2 ให้แบนด์วิดท์สูงสุด 10 Gb/s พร้อมเลนข้อมูลภาพสี่เลน – แต่ละเลนสามารถถ่ายโอนข้อมูลได้สูงสุด 2.5 Gb/s MIPI CSI-2 เร็วกว่า USB 3.0 และมีโปรโตคอลที่เชื่อถือได้ในการจัดการวิดีโอตั้งแต่ 1080p ถึง 8K และสูงกว่านั้น นอกจากนี้ ด้วยค่าใช้จ่ายส่วนเกินที่ต่ำ MIPI CSI-2 จึงมีแบนด์วิดท์ภาพสุทธิที่สูงกว่า
อินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2 ใช้ทรัพยากรจาก CPU น้อยกว่า เนื่องจากมีโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ เป็นอินเทอร์เฟซกล้องมาตรฐานสำหรับ Raspberry Pi และ Jetson Nano โมดูลกล้อง Raspberry Pi รุ่น V1 และ V2 ก็ใช้พื้นฐานนี้เช่นกัน
ข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2
แม้ว่า MIPI CSI จะเป็นอินเทอร์เฟซที่มีประสิทธิภาพและได้รับความนิยม แต่ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง ตัวอย่างเช่น กล้อง MIPI ต้องใช้ไดรเวอร์เพิ่มเติมในการทำงาน ซึ่งหมายความว่าการรองรับเซ็นเซอร์ภาพประเภทต่างๆ จะมีจำกัด เว้นแต่ผู้ผลิตระบบฝังตัวจะผลักดันอย่างจริงจัง!
ข้อดีของ MIPI:
อินเทอร์เฟซ MIPI มีจำนวนสายสัญญาณน้อยกว่าอินเทอร์เฟซ DVP เนื่องจากเป็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำ การรบกวนที่เกิดขึ้นจึงมีน้อย และมีความสามารถในการป้องกันการรบกวนสูง อุปกรณ์ที่มีกำลังไฟ 800 วัตต์ขึ้นไปทั้งหมดใช้อินเทอร์เฟซ MIPI อินเทอร์เฟซกล้องของสมาร์ทโฟนก็ใช้ MIPI เช่นกัน
มันทำงานอย่างไร?
โดยทั่วไป บอร์ดขนาดเล็กพิเศษในระบบวิชั่นจะรองรับ MIPI CSI-2 และทำงานร่วมกับโซลูชันเซ็นเซอร์อัจฉริยะได้หลากหลาย นอกจากนี้ยังเข้ากันได้กับบอร์ด CPU หลายรุ่นอีกด้วย
MIPI CSI-2 รองรับเลเยอร์ทางกายภาพ MIPI D-PHY เพื่อสื่อสารกับโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันหรือ System on a Chip (SoC) สามารถใช้งานได้บนเลเยอร์ทางกายภาพใดก็ได้จากสองเลเยอร์ ได้แก่ MIPI C-PHY℠ v2.0 หรือ MIPI D-PHY℠ v2.5 ดังนั้นประสิทธิภาพจึงสามารถปรับขนาดได้ตามจำนวนเลน
ในกล้อง MIPI เซ็นเซอร์กล้องจะจับภาพและส่งภาพไปยังโฮสต์ CSI-2 เมื่อส่งภาพแล้ว ภาพจะถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำในรูปแบบเฟรมแต่ละเฟรม โดยแต่ละเฟรมจะถูกส่งผ่านช่องสัญญาณเสมือน จากนั้นแต่ละช่องสัญญาณจะถูกแบ่งออกเป็นเส้น – ส่งทีละเส้น ดังนั้นจึงช่วยให้สามารถส่งภาพทั้งหมดจากเซ็นเซอร์ภาพเดียวกันได้ – แต่ด้วยสตรีมพิกเซลหลายชุด
MIPI CSI-2 ใช้แพ็กเก็ตในการสื่อสาร ซึ่งรวมถึงรูปแบบข้อมูลและฟังก์ชันการแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC) แพ็กเก็ตเดียวจะเดินทางผ่านเลเยอร์ D-PHY จากนั้นจะถูกแบ่งออกเป็นจำนวนเลนข้อมูลที่ต้องการ D-PHY ทำงานในโหมดความเร็วสูงและส่งแพ็กเก็ตไปยังตัวรับผ่านช่องสัญญาณ
จากนั้น ตัวรับสัญญาณ CSI-2 จะได้รับเลเยอร์ทางกายภาพ D-PHY เพื่อแยกและถอดรหัสแพ็กเก็ต กระบวนการนี้จะทำซ้ำทีละเฟรมจากอุปกรณ์ CSI-2 ไปยังโฮสต์ผ่านการใช้งานที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำ
อินเทอร์เฟซ USB
เดอะอินเทอร์เฟซ USBโดยทั่วไปแล้ว USB ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างสองระบบ คือ กล้องและพีซี เนื่องจากเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความสามารถในการเสียบแล้วใช้งานได้ทันที การเลือกใช้อินเทอร์เฟซ USB จึงหมายความว่าคุณสามารถบอกลาเวลาและค่าใช้จ่ายในการพัฒนาอินเทอร์เฟซวิชั่นแบบฝังตัวที่ยืดเยื้อและมีราคาแพงได้ USB 2.0 ซึ่งเป็นเวอร์ชันเก่า มีข้อจำกัดทางเทคนิคที่สำคัญ เมื่อเทคโนโลยีเริ่มเสื่อมถอยลง ส่วนประกอบหลายอย่างก็เริ่มใช้งานร่วมกันไม่ได้ อินเทอร์เฟซ USB 3.0 และ USB 3.1 Gen 1 จึงถูกเปิดตัวเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ USB 2.0
อินเทอร์เฟซ USB 3.0 (และ USB 3.1 Gen 1) ผสานรวมคุณสมบัติที่ดีของอินเทอร์เฟซต่างๆ เข้าด้วยกัน ซึ่งรวมถึงความสามารถในการเสียบแล้วใช้งานได้ทันที และการใช้ทรัพยากร CPU ต่ำ มาตรฐานอุตสาหกรรมด้านภาพของ USB 3.0 ยังช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือสำหรับกล้องความละเอียดสูงและความเร็วสูงอีกด้วย
อุปกรณ์นี้ต้องการฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยและรองรับแบนด์วิดท์ต่ำ – สูงสุด 40 เมกะไบต์ต่อวินาที แต่มีแบนด์วิดท์สูงสุดถึง 480 เมกะไบต์ต่อวินาที ซึ่งเร็วกว่า USB 2.0 ถึง 10 เท่า และเร็วกว่า GigE ถึง 4 เท่า! คุณสมบัติแบบเสียบแล้วใช้งานได้ทันที (plug-and-play) ช่วยให้สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์ประมวลผลภาพแบบฝังตัวได้อย่างง่ายดาย – ทำให้การเปลี่ยนกล้องที่เสียหายทำได้สะดวกยิ่งขึ้น
ข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ USB 3.0
ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของยูเอสบี 3.0ข้อเสียของอินเทอร์เฟซนี้คือ คุณไม่สามารถใช้งานเซ็นเซอร์ความละเอียดสูงที่ความเร็วสูงได้ ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ คุณสามารถใช้สายเคเบิลได้ไกลสุดเพียง 5 เมตรจากตัวประมวลผลหลักเท่านั้น แม้ว่าจะมีสายเคเบิลที่ยาวกว่านั้น แต่ทั้งหมดก็มี "ตัวขยายสัญญาณ" ติดตั้งอยู่ด้วย ต้องตรวจสอบว่าสายเคเบิลเหล่านี้ใช้งานร่วมกับกล้องอุตสาหกรรมได้ดีเพียงใดในแต่ละกรณี
วันที่โพสต์: 22 มีนาคม 2023
