MIPI カメラと USB カメラ
過去数年間で、組み込みビジョンはバズワードから、産業、医療、小売、エンターテイメント、農業の各分野で広く採用されるテクノロジーへと進化しました。組み込みビジョンは進化の各段階で、選択できるカメラ インターフェイスの数が大幅に増加しました。しかし、技術の進歩にも関わらず、大多数の組み込みビジョン アプリケーションでは、MIPI と USB インターフェイスが依然として最も人気のある 2 つのタイプです。
MIPIインターフェース
MIPI (Mobile Industry Processor Interface) はオープン スタンダードであり、モバイル アプリケーション プロセッサ向けに MIPI Alliance によって開始された仕様です。MIPIカメラモジュール携帯電話やタブレットで一般的に使用されており、500 万ピクセルを超える高解像度の解像度をサポートしています。 MIPI は、ビデオ表示規格とビデオ入力規格にそれぞれ対応する 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の他の組み込み製品で広く使用されています。
MIPI ディスプレイ シリアル インターフェイス (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 インターフェイスを定義します。このインターフェイスにより、メーカーはピン数を減らし、異なるサプライヤー間の互換性を維持しながら、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ます。デザイナーは MIPI DSI を使用して、最も要求の厳しい画像やビデオのシナリオに鮮やかなカラー レンダリングを提供し、立体コンテンツの送信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の画像およびビデオ伝送のために、今日の市場で最も一般的に使用されているインターフェイスです。これは、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する能力に起因すると考えられます。また、1080p、4K、8K などのビデオや高解像度イメージングなどの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理想的な選択肢です。
MIPI CSI-2 インターフェイス
MIPI CSI-2 (MIPI カメラ シリアル インターフェイス 第 2 世代) 標準は、高性能、コスト効率が高く、使いやすいインターフェイスです。 MIPI CSI-2 は、4 つの画像データ レーンで最大 10 Gb/s の帯域幅を提供し、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 より高速で、1080p から 8K 以降のビデオを処理する信頼性の高いプロトコルを備えています。さらに、MIPI CSI-2 はオーバーヘッドが低いため、より高い正味画像帯域幅を備えています。
MIPI CSI-2 インターフェイスは、マルチコア プロセッサーのおかげで、CPU からのリソースの使用量が少なくなります。これは、Raspberry Pi および Jetson Nano のデフォルトのカメラ インターフェイスです。 Raspberry Pi カメラ モジュール V1 および V2 もこれに基づいています。
MIPI CSI-2 インターフェイスの制限事項
MIPI CSI は強力で人気のあるインターフェイスですが、いくつかの制限があります。たとえば、MIPI カメラは追加のドライバーに依存して動作します。これは、組み込みシステムのメーカーが本気でそれを推進しない限り、さまざまなイメージ センサーのサポートが制限されていることを意味します。
MIPI の利点:
MIPI インターフェイスは、DVP インターフェイスよりも信号線が少なくなります。低電圧の差動信号であるため、発生する妨害が少なく、耐妨害能力も強いです。 800W 以上は MIPI インターフェイスを使用します。スマートフォンのカメラインターフェースはMIPIを採用しています。
仕組みは?
通常、ビジョン システムの超小型ボードは MIPI CSI-2 をサポートし、幅広いインテリジェント センサー ソリューションと連携します。さらに、さまざまな CPU ボードと互換性があります。
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) と通信するための MIPI D-PHY 物理層をサポートしています。これは、MIPI C-PHY℠ v2.0 または MIPI D-PHY℠ v2.5 の 2 つの物理層のいずれかに実装できます。したがって、そのパフォーマンスはレーンスケーラブルです。
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。画像が送信されると、画像は個別のフレームとしてメモリに配置されます。各フレームは仮想チャネルを通じて送信されます。各チャネルは複数の回線に分割され、一度に 1 つずつ送信されます。したがって、同じイメージ センサーからの完全な画像送信が可能になりますが、複数のピクセル ストリームが使用されます。
MIPI CSI-2 は、データ形式とエラー訂正コード (ECC) 機能を含む通信にパケットを使用します。単一のパケットは D-PHY 層を通過し、必要な数のデータ レーンに分割されます。 D-PHY は高速モードで動作し、チャネルを通じてパケットを受信機に送信します。
次に、CSI-2 受信機には、パケットを抽出してデコードするための D-PHY 物理層が提供されます。このプロセスは、効率的で低コストの実装を通じて、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。 USB インターフェイスはプラグ アンド プレイ機能でよく知られているため、USB インターフェイスを選択すると、組み込みビジョン インターフェイスの高価で長期にわたる開発時間とコスト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がなくなります。 USB 3.0 および USB 3.1 Gen 1 インターフェイスは、USB 2.0 インターフェイスの制限を克服するために発売されました。
USB 3.0 (および USB 3.1 Gen 1) インターフェイスは、さまざまなインターフェイスの優れた機能を組み合わせています。これには、プラグアンドプレイの互換性と低い CPU 負荷が含まれます。 USB 3.0 のビジョン産業規格により、高解像度および高速カメラの信頼性も向上します。
追加のハードウェアは最小限で済み、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 倍高速です。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、損傷したカメラを簡単に交換できます。
USB 3.0 インターフェースの制限事項
最大のデメリットは、USB3.0インターフェイスの違いは、高解像度センサーを高速で実行できないことです。もう 1 つの欠点は、ホスト プロセッサから最大 5 メートルの距離までしかケーブルを使用できないことです。より長いケーブルも利用可能ですが、それらにはすべて「ブースター」が取り付けられています。これらのケーブルが産業用カメラとどのように連携して機能するかは、個別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
