กล้อง MIPI กับกล้อง USB

กล้อง MIPI กับกล้อง USB

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิสัยทัศน์ที่ฝังตัวได้พัฒนาจากคำศัพท์เฉพาะไปสู่เทคโนโลยีที่นำมาใช้อย่างกว้างขวางซึ่งใช้ในอุตสาหกรรม การแพทย์ การค้าปลีก ความบันเทิง และการเกษตร ในแต่ละระยะของวิวัฒนาการ การมองเห็นที่ฝังไว้ทำให้จำนวนอินเทอร์เฟซของกล้องที่มีให้เลือกเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี แต่อินเทอร์เฟซ MIPI และ USB ยังคงเป็นสองประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันการมองเห็นแบบฝังส่วนใหญ่

 

อินเทอร์เฟซ MIPI

MIPI (อินเทอร์เฟซโปรเซสเซอร์อุตสาหกรรมมือถือ) เป็นมาตรฐานเปิดและเป็นข้อกำหนดที่ริเริ่มโดย MIPI Alliance สำหรับโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันมือถือโมดูลกล้อง MIPIพบได้ทั่วไปในโทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ต และรองรับความละเอียดสูงกว่า 5 ล้านพิกเซล MIPI แบ่งออกเป็น MIPI DSI และ MIPI CSI ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานการแสดงผลวิดีโอและอินพุตวิดีโอตามลำดับ ปัจจุบัน โมดูลกล้อง MIPI ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์แบบฝังอื่นๆ เช่น สมาร์ทโฟน กล้องบันทึกการขับขี่ กล้องบังคับใช้กฎหมาย กล้องไมโครความละเอียดสูง และกล้องเฝ้าระวังเครือข่าย

MIPI Display Serial Interface (MIPI DSI ® ) กำหนดอินเทอร์เฟซอนุกรมความเร็วสูงระหว่างโปรเซสเซอร์โฮสต์และโมดูลแสดงผล อินเทอร์เฟซช่วยให้ผู้ผลิตสามารถรวมจอแสดงผลประสิทธิภาพสูง ใช้พลังงานต่ำ และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำ (EMI) ในขณะที่ลดจำนวนพินและรักษาความเข้ากันได้ระหว่างซัพพลายเออร์ที่แตกต่างกัน นักออกแบบสามารถใช้ MIPI DSI เพื่อให้การแสดงสีที่ยอดเยี่ยมสำหรับสถานการณ์ภาพและวิดีโอที่มีความต้องการมากที่สุด และรองรับการส่งผ่านเนื้อหาสามมิติ

 

MIPI เป็นอินเทอร์เฟซที่ใช้กันมากที่สุดในตลาดปัจจุบันสำหรับการส่งภาพและวิดีโอแบบจุดต่อจุดระหว่างกล้องและอุปกรณ์โฮสต์ สาเหตุมาจากความง่ายในการใช้งานของ MIPI และความสามารถในการรองรับแอปพลิเคชันประสิทธิภาพสูงที่หลากหลาย นอกจากนี้ยังมาพร้อมกับคุณสมบัติอันทรงพลัง เช่น 1080p, 4K, 8K และเหนือกว่าวิดีโอและการถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูง

 

อินเทอร์เฟซ MIPI เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น อุปกรณ์ความเป็นจริงเสมือนแบบสวมศีรษะ แอปพลิเคชันการจราจรอัจฉริยะ ระบบจดจำท่าทาง โดรน การจดจำใบหน้า การรักษาความปลอดภัย ระบบเฝ้าระวัง ฯลฯ

 

อินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2

มาตรฐาน MIPI CSI-2 (อินเทอร์เฟซอนุกรมกล้อง MIPI รุ่นที่ 2) เป็นอินเทอร์เฟซประสิทธิภาพสูง คุ้มต้นทุน และใช้งานง่าย MIPI CSI-2 นำเสนอแบนด์วิดท์สูงสุด 10 Gb/s พร้อมช่องทางข้อมูลภาพ 4 เลน โดยแต่ละเลนสามารถถ่ายโอนข้อมูลได้สูงสุด 2.5 Gb/s MIPI CSI-2 เร็วกว่า USB 3.0 และมีโปรโตคอลที่เชื่อถือได้ในการจัดการวิดีโอตั้งแต่ 1080p ถึง 8K และสูงกว่านั้น นอกจากนี้ เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายต่ำ MIPI CSI-2 จึงมีแบนด์วิธภาพสุทธิที่สูงกว่า

 

อินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2 ใช้ทรัพยากรจาก CPU น้อยลง เนื่องจากมีโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ เป็นอินเทอร์เฟซกล้องเริ่มต้นสำหรับ Raspberry Pi และ Jetson Nano โมดูลกล้อง Raspberry Pi V1 และ V2 ก็ใช้โมดูลนี้เช่นกัน

 

ข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ MIPI CSI-2

แม้ว่าจะเป็นอินเทอร์เฟซที่ทรงพลังและได้รับความนิยม แต่ MIPI CSI ก็มีข้อจำกัดบางประการ ตัวอย่างเช่น กล้อง MIPI อาศัยไดรเวอร์พิเศษในการทำงาน หมายความว่ามีการรองรับเซ็นเซอร์รับภาพที่แตกต่างกันอย่างจำกัด เว้นแต่ผู้ผลิตระบบฝังตัวจะผลักดันมันจริงๆ!

 

ข้อดีของ MIPI:

อินเทอร์เฟซ MIPI มีสายสัญญาณน้อยกว่าอินเทอร์เฟซ DVP เนื่องจากเป็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำ การรบกวนที่เกิดขึ้นจึงมีน้อย และความสามารถในการป้องกันการรบกวนก็แข็งแกร่งเช่นกัน 800W ขึ้นไปทั้งหมดใช้อินเทอร์เฟซ MIPI อินเทอร์เฟซกล้องสมาร์ทโฟนใช้ MIPI

 

มันทำงานอย่างไร?

โดยทั่วไป บอร์ดขนาดกะทัดรัดพิเศษในระบบวิชันซิสเต็มจะรองรับ MIPI CSI-2 และทำงานร่วมกับโซลูชันเซ็นเซอร์อัจฉริยะหลากหลายประเภท นอกจากนี้ยังเข้ากันได้กับบอร์ด CPU ที่แตกต่างกันมากมาย
MIPI CSI-2 รองรับเลเยอร์ทางกายภาพ MIPI D-PHY เพื่อสื่อสารกับตัวประมวลผลแอปพลิเคชันหรือ System on a Chip (SoC) สามารถนำไปใช้กับเลเยอร์ทางกายภาพใดก็ได้จากสองชั้น: MIPI C-PHY℠ v2.0 หรือ MIPI D-PHY℠ v2.5 ดังนั้นประสิทธิภาพของมันจึงสามารถปรับขนาดเลนได้

ในกล้อง MIPI เซ็นเซอร์กล้องจะจับและส่งภาพไปยังโฮสต์ CSI-2 เมื่อภาพถูกส่ง ภาพจะอยู่ในหน่วยความจำเป็นแต่ละเฟรม แต่ละเฟรมจะถูกส่งผ่านช่องทางเสมือน จากนั้นแต่ละช่องจะแบ่งออกเป็นเส้น - ส่งทีละช่อง ดังนั้นจึงอนุญาตให้ส่งภาพได้อย่างสมบูรณ์จากเซ็นเซอร์ภาพตัวเดียวกัน แต่มีการสตรีมหลายพิกเซล

MIPI CSI-2 ใช้แพ็คเก็ตสำหรับการสื่อสารที่มีรูปแบบข้อมูลและฟังก์ชันรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC) แพ็กเก็ตเดียวเดินทางผ่านเลเยอร์ D-PHY แล้วแยกออกเป็นจำนวนช่องทางข้อมูลที่ต้องการ D-PHY ทำงานในโหมดความเร็วสูงและส่งแพ็กเก็ตไปยังเครื่องรับผ่านช่องสัญญาณ

จากนั้น ตัวรับ CSI-2 จะได้รับฟิสิคัลเลเยอร์ D-PHY เพื่อแยกและถอดรหัสแพ็กเก็ต กระบวนการนี้ทำซ้ำทีละเฟรมจากอุปกรณ์ CSI-2 ไปยังโฮสต์ผ่านการใช้งานที่มีประสิทธิภาพและต้นทุนต่ำ

 

อินเตอร์เฟซ USB

ที่อินเตอร์เฟซ USBมีแนวโน้มที่จะทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างสองระบบ – กล้องและพีซี เนื่องจากเป็นที่รู้จักกันดีในด้านความสามารถแบบพลักแอนด์เพลย์ การเลือกอินเทอร์เฟซ USB หมายความว่าคุณสามารถบอกลาเวลาในการพัฒนาที่มีราคาแพงและสิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายสำหรับอินเทอร์เฟซการมองเห็นแบบฝังของคุณ USB 2.0 เวอร์ชันเก่า มีข้อจำกัดทางเทคนิคที่สำคัญ เมื่อเทคโนโลยีเริ่มลดน้อยลง ส่วนประกอบจำนวนหนึ่งก็เข้ากันไม่ได้ เปิดตัวอินเทอร์เฟซ USB 3.0 และ USB 3.1 Gen 1 เพื่อเอาชนะข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ USB 2.0

อินเตอร์เฟซ USB 3.0

อินเทอร์เฟซ USB 3.0 (และ USB 3.1 Gen 1) ผสมผสานคุณสมบัติเชิงบวกของอินเทอร์เฟซต่างๆ ซึ่งรวมถึงความเข้ากันได้แบบพลักแอนด์เพลย์และโหลด CPU ต่ำ มาตรฐานอุตสาหกรรมการมองเห็นของ USB 3.0 ยังเพิ่มความน่าเชื่อถือสำหรับกล้องที่มีความละเอียดสูงและความเร็วสูง

ต้องการฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยและรองรับแบนด์วิธต่ำ - สูงสุด 40 เมกะไบต์ต่อวินาที มีแบนด์วิธสูงสุด 480 เมกะไบต์ต่อวินาที เร็วกว่า USB 2.0 ถึง 10 เท่า และเร็วกว่า GigE ถึง 4 เท่า! ความสามารถ Plug-and-Play ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสามารถเปลี่ยนอุปกรณ์วิชันซิสเต็มแบบฝังได้อย่างง่ายดาย ทำให้เปลี่ยนกล้องที่เสียหายได้ง่าย

 

 

ข้อจำกัดของอินเทอร์เฟซ USB 3.0

ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของยูเอสบี 3.0อินเทอร์เฟซคือคุณไม่สามารถเรียกใช้เซ็นเซอร์ความละเอียดสูงด้วยความเร็วสูงได้ ข้อด้อยอีกประการหนึ่งคือคุณสามารถใช้สายเคเบิลได้ไกลสูงสุด 5 เมตรจากโปรเซสเซอร์โฮสต์เท่านั้น แม้ว่าจะมีสายเคเบิลที่ยาวกว่าให้เลือก แต่ทั้งหมดก็มี "บูสเตอร์" มาให้ด้วย สายเคเบิลเหล่านี้ทำงานร่วมกับกล้องอุตสาหกรรมได้ดีเพียงใดต้องได้รับการตรวจสอบในแต่ละกรณี