Kamera MIPI kontra kamera USB

Kamera MIPI kontra kamera USB

W ciągu ostatnich kilku lat wizja osadzona ewoluowała od modnego hasła do szeroko przyjętej technologii stosowanej w sektorach przemysłowym, medycznym, detalicznym, rozrywkowym i rolniczym. Z każdą fazą swojej ewolucji technologia wbudowanych systemów wizyjnych zapewniła znaczny wzrost liczby dostępnych interfejsów kamer. Jednak pomimo postępu technologicznego, interfejsy MIPI i USB pozostają dwoma najpopularniejszymi typami w większości aplikacji wizyjnych wbudowanych.

 

Interfejs MIPI

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) to otwarty standard i specyfikacja zainicjowana przez MIPI Alliance dla procesorów aplikacji mobilnych.Moduły kamer MIPIsą powszechnie stosowane w telefonach komórkowych i tabletach i obsługują rozdzielczości wysokiej rozdzielczości przekraczające 5 milionów pikseli. MIPI dzieli się na MIPI DSI i MIPI CSI, które odpowiadają odpowiednio standardom wyświetlania wideo i wejścia wideo. Obecnie moduły kamer MIPI są szeroko stosowane w innych produktach wbudowanych, takich jak smartfony, rejestratory jazdy, kamery organów ścigania, mikrokamery o wysokiej rozdzielczości i kamery do nadzoru sieciowego.

MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI®) definiuje szybki interfejs szeregowy pomiędzy procesorem hosta a modułem wyświetlacza. Interfejs umożliwia producentom integrację wyświetlaczy w celu uzyskania wysokiej wydajności, niskiego zużycia energii i niskich zakłóceń elektromagnetycznych (EMI), przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby styków i zachowaniu kompatybilności między różnymi dostawcami. Projektanci mogą używać MIPI DSI, aby zapewnić doskonałe odwzorowanie kolorów w najbardziej wymagających scenariuszach obrazu i wideo oraz wspierać transmisję treści stereoskopowych.

 

MIPI to najczęściej używany na dzisiejszym rynku interfejs do transmisji obrazu i wideo typu punkt-punkt pomiędzy kamerami i urządzeniami głównymi. Można to przypisać łatwości użytkowania MIPI i jego zdolności do obsługi szerokiej gamy aplikacji o wysokiej wydajności. Jest także wyposażony w zaawansowane funkcje, takie jak wideo w rozdzielczości 1080p, 4K, 8K i wyższej oraz obrazowanie w wysokiej rozdzielczości.

 

Interfejs MIPI to idealny wybór do zastosowań takich jak montowane na głowie urządzenia wirtualnej rzeczywistości, inteligentne aplikacje drogowe, systemy rozpoznawania gestów, drony, rozpoznawanie twarzy, bezpieczeństwo, systemy nadzoru itp.

 

Interfejs MIPI CSI-2

Standard MIPI CSI-2 (MIPI Camera Serial Interface 2. generacji) to interfejs o wysokiej wydajności, opłacalny i prosty w użyciu. MIPI CSI-2 oferuje maksymalną przepustowość 10 Gb/s przy czterech ścieżkach danych obrazu – każda linia może przesyłać dane z szybkością do 2,5 Gb/s. MIPI CSI-2 jest szybszy niż USB 3.0 i posiada niezawodny protokół do obsługi wideo w rozdzielczości od 1080p do 8K i wyższej. Ponadto, dzięki niskiemu narzutowi, MIPI CSI-2 ma większą przepustowość obrazu netto.

 

Interfejs MIPI CSI-2 zużywa mniej zasobów procesora – dzięki wielordzeniowym procesorom. Jest to domyślny interfejs kamery dla Raspberry Pi i Jetson Nano. Na nim oparty jest także moduł kamery Raspberry Pi V1 i V2.

 

Ograniczenia interfejsu MIPI CSI-2

Mimo że jest to potężny i popularny interfejs, MIPI CSI ma kilka ograniczeń. Na przykład kamery MIPI do działania wymagają dodatkowych sterowników. Oznacza to, że obsługa różnych czujników obrazu jest ograniczona, chyba że producenci systemów wbudowanych naprawdę na to nalegają!

 

Zalety MIPI:

Interfejs MIPI ma mniej linii sygnałowych niż interfejs DVP. Ponieważ jest to sygnał różnicowy o niskim napięciu, generowane zakłócenia są niewielkie, a zdolność przeciwzakłóceniowa jest również silna. 800W i przede wszystkim korzystają z interfejsu MIPI. Interfejs aparatu smartfona wykorzystuje MIPI.

 

Jak to działa?

Zazwyczaj ultrakompaktowa płyta w systemie wizyjnym obsługuje MIPI CSI-2 i współpracuje z szeroką gamą inteligentnych rozwiązań czujników. Co więcej, jest kompatybilny z wieloma różnymi płytami procesorowymi.
MIPI CSI-2 obsługuje warstwę fizyczną MIPI D-PHY w celu komunikacji z procesorem aplikacji lub systemem na chipie (SoC). Można go zaimplementować na jednej z dwóch warstw fizycznych: MIPI C-PHY℠ v2.0 lub MIPI D-PHY℠ v2.5. Dlatego jego wydajność jest skalowalna w zależności od linii.

W kamerze MIPI czujnik kamery przechwytuje i przesyła obraz do hosta CSI-2. Kiedy obraz jest przesyłany, jest on umieszczany w pamięci jako pojedyncze klatki. Każda ramka jest przesyłana kanałami wirtualnymi. Każdy kanał jest następnie dzielony na linie – transmitowany pojedynczo. Umożliwia zatem pełną transmisję obrazu z tego samego czujnika obrazu – ale przy użyciu wielu strumieni pikseli.

MIPI CSI-2 wykorzystuje do komunikacji pakiety, które obejmują format danych i funkcję kodu korekcji błędów (ECC). Pojedynczy pakiet przechodzi przez warstwę D-PHY, a następnie dzieli się na wymaganą liczbę pasów danych. D-PHY działa w trybie dużej prędkości i przesyła pakiet do odbiornika za pośrednictwem kanału.

Następnie odbiornik CSI-2 jest wyposażony w warstwę fizyczną D-PHY do wyodrębniania i dekodowania pakietu. Proces jest powtarzany klatka po klatce od urządzenia CSI-2 do hosta dzięki wydajnej i taniej implementacji.

 

Interfejs USB

TheInterfejs USBzwykle służy jako połączenie między dwoma systemami – kamerą i komputerem. Ponieważ jest on dobrze znany ze swoich możliwości typu plug-and-play, wybór interfejsu USB oznacza, że ​​możesz pożegnać się z kosztownymi, przeciągającymi się czasami rozwoju i kosztami interfejsu wbudowanej wizji. USB 2.0, starsza wersja, ma znaczne ograniczenia techniczne. W miarę jak technologia zaczyna się kurczyć, wiele jej elementów staje się niekompatybilnych. Wprowadzono interfejsy USB 3.0 i USB 3.1 Gen 1, aby pokonać ograniczenia interfejsu USB 2.0.

Interfejs USB 3.0

Interfejs USB 3.0 (i USB 3.1 Gen 1) łączy w sobie pozytywne cechy różnych interfejsów. Należą do nich zgodność typu plug-and-play i niskie obciążenie procesora. Przemysłowy standard wizyjny USB 3.0 zwiększa również jego niezawodność w przypadku kamer o wysokiej rozdzielczości i szybkich.

Wymaga minimalnego dodatkowego sprzętu i obsługuje niską przepustowość – do 40 megabajtów na sekundę. Maksymalna przepustowość wynosi 480 megabajtów na sekundę. Jest to 10 razy szybsze niż USB 2.0 i 4 razy szybsze niż GigE! Dzięki funkcjom plug-and-play można z łatwością wymieniać wbudowane urządzenia wizyjne, co ułatwia wymianę uszkodzonej kamery.

 

 

Ograniczenia interfejsu USB 3.0

Największą wadąUSB 3.0interfejsem jest to, że nie można uruchamiać czujników o wysokiej rozdzielczości z dużą prędkością. Kolejną wadą jest to, że można używać kabla tylko w odległości do 5 metrów od procesora głównego. Chociaż dostępne są dłuższe kable, wszystkie są wyposażone w „wzmacniacze”. To, jak dobrze te kable współpracują z kamerami przemysłowymi, należy sprawdzić w każdym indywidualnym przypadku.