Comprensió Tipus d'interfície de la càmera: MIPI, USB, Gige i molt més

Sabem que el mòdul de la càmera és un component clau per capturar imatges. Conté un sensor d’imatge per convertir la llum en senyals elèctrics i un processador de senyal d’imatge (ISP) per processar aquestes dades en brut. Tanmateix, aquestes dades d’imatges s’han d’enviar al “cervell” del sistema: el processador principal (CPU, GPU, DSP, etc.) per a més anàlisis, visualitzacions, emmagatzematge o presa de decisions.

El canal que connecta elMòdul de càmeraI el processador principal és la interfície del mòdul de la càmera. Aquesta interfície no només és responsable de la transmissió de grans quantitats de dades d’imatges a gran velocitat, sinó que també pot ser responsable de la transmissió de senyals de control i l’alimentació. Diferents tipus d’interfície varien significativament en termes de velocitat de transmissió, distància, complexitat i escenaris d’aplicació. Comprendre aquests tipus d’interfície de càmeres és fonamental per seleccionar el mòdul adequat i assegurar la compatibilitat amb la plataforma del sistema.

El senyal de llum capturat pel sensor del mòdul de la càmera està processat pel circuit intern (de vegades inclòs ISP) per generar dades d’imatges digitals. La quantitat d’aquestes dades sol ser gran, especialment en aplicacions amb alta resolució i alta velocitat de fotograma. El mòdul de la càmera en si sol no té un fort poder informàtic per realitzar totes les tasques d’anàlisi d’imatges, ni pot mostrar o emmagatzemar directament aquestes dades.

Per tant, es necessita una interfície eficient i estable per transmetre aquestes dades d’imatge de forma ràpida i precisa del mòdul al xip de control principal extern. La interfície és com una carretera, garantint que la informació de la imatge pot fluir sense problemes des del mòdul de la càmera a altres parts del sistema.

OEM Camera Modules 1080P HDR3

Diferents tipus d'interfície de mòduls de càmeres tenen diferents focus en el disseny i el rendiment i es poden distingir principalment per les següents funcions clau:

Ample de banda:Es refereix a la quantitat de dades que una interfície pot transmetre per segon, generalment mesurada en MBPS o GBPS. Les aplicacions d’alta resolució i de tipus d’alta taxa requereixen una amplada de banda més elevada. L’ample de banda és la clau per determinar si una interfície pot suportar una especificació d’imatge específica.
Distància de transmissió:La distància màxima Una interfície pot transmetre de forma fiable les dades. Algunes interfícies són adequades per a connexions a bord o a curt termini (uns centímetres a desenes de centímetres), mentre que d’altres donen suport a distàncies més llargues (diversos metres o fins i tot més lluny).
Complexitat/Overhead:Es refereix al nombre de pins de connexió física necessaris per a la interfície, la complexitat de la implementació del maquinari i els requisits de programari/controlador. Les interfícies simples poden requerir més pins i les interfícies complexes poden requerir controladors dedicats o més suport de programari.
Consum d'energia:La quantitat de potència consumida per la interfície quan funciona. Per als sistemes de bateria o que es dissipen la calor, les interfícies de baixa potència són més populars.
Cost:El cost del xip, connector i cable associat a la interfície.
Robustesa/fiabilitat:La capacitat de la interfície per mantenir la integritat del senyal i l'estabilitat en entorns complexos com la interferència electromagnètica i la vibració.
Estàndards i ecosistema:El grau d’estandardització de la indústria de la interfície, la popularitat dels processadors d’amfitrió i les plataformes de desenvolupament que donen suport a la interfície i l’abundància d’eines de desenvolupament relacionades i el suport de la comunitat.

Hi ha moltes interfícies de mòduls de càmera al mercat i les seves respectives característiques les fan adequades per a diferents escenaris d'aplicacions. A continuació, es mostren alguns dels tipus més comuns:

MIPI CSI -2 (Interfície del processador de la indústria mòbil - Interfície de sèrie de la càmera 2)
USB (bus en sèrie universal)
Gige Vision (Gigabit Ethernet Vision)
GMSL (Enllaç sèrie multimèdia Gigabit) / Enllaç FPD
LVD (senyalització diferencial de baixa tensió) / sub-lvds
Interfície paral·lela

Ara introduïm les funcions, avantatges i desavantatges de cada interfície de la càmera una per una.

Característiques:La interfície de càmera MIPI CSI -2 es va desenvolupar originalment per a dispositius mòbils i és una interfície sèrie diferencial de baixa velocitat, de baixa velocitat i baixa en pinça. Utilitza un protocol de transmissió de paquets i és altament eficient.
Avantatges:És molt popular als camps mòbils i incrustats, i molts processadors d’amfitrió mòbils i incrustats el recolzen de manera nativa. Té una amplada de banda elevada (afegint els canals de dades Lane), el consum d’energia relativament baix i els connectors i cables compactes necessaris.
Desavantatges:La distància de transmissió és relativament limitada i la distància recomanada sol ser no superior a 30 cm; Té requisits elevats per a la qualitat i el cablejat del cable i es veu fàcilment afectat pel soroll durant la transmissió de llarga distància.
Aplicacions típiques:Telèfons intel·ligents, tauletes, ordinadors portàtils, taules de desenvolupament incrustades com Raspberry PI i drons (connexions a curtmetratge).

Característiques:USB és un estàndard d’interfície en sèrie universal que admet múltiples transmissió i subministrament d’alimentació de tipus de dades (USB PD). Les versions comunes inclouen USB 2. 0, USB 3. 0/3.1/3.2 (també conegut col·lectivament com a USB 3.x), i l'amplada de banda augmenta constantment.
Avantatges:Molt popular, recolzat per gairebé tots els ordinadors i molts sistemes incrustats; connectar i jugar; Cables relativament llargs (sobretot quan s’utilitzen hubs o extensors); Unified UVC (classe de vídeo USB) i un ampli suport del controlador de programari.
Desavantatges:En comparació amb les interfícies dedicades de la mateixa amplada de banda, el protocol USB a sobre és gran; USB 2. 0 té una amplada de banda baixa i és difícil suportar els fluxos de vídeo d'alta resolució i de ritme elevat; L’ample de banda USB 3.x es millora significativament, però s’incrementen els requisits de qualitat del cable.
Aplicacions típiques:Càmeres web, càmeres de consum, càmeres industrials fàcils de connectar a PC, algunes aplicacions de robot i desenvolupament de prototips.

GC4653 Module 4MP WDR USB2

Característiques:A partir de l’ethernet de Gigabit estàndard (o 10 Gigabit Ethernet, etc.), és un estàndard d’interfície dissenyat específicament per a aplicacions de visió de màquina. Defineix com transmetre les dades i les ordres de control d'imatges d'alta velocitat a Ethernet.
Avantatges:Admet la transmissió de llarga distància (cable de xarxa estàndard de fins a 100 metres), utilitza cables de xarxa estàndard i maquinari de xarxa; Amplada de banda alta (gigabit i superior); Té funcions de xarxa, fàcil de construir sistemes de múltiples càmeres; Bona robustesa, adequada per a entorns industrials.
Desavantatges:Consum d’energia relativament elevat; Hi pot haver un cert retard de transmissió (segons la càrrega de la xarxa); Requereix rebre programari final i maquinari que admeti l'estàndard Gige Vision.
Aplicacions típiques:Automatització industrial, visió de màquines, control professional, control del trànsit, ordenació logística.

Característiques:GMSL (Maxim Integrated, ara ADI) i FPD-Link (Texas Instruments) són dues tecnologies d’interfície en sèrie diferencials dissenyades per a la transmissió de senyals de vídeo i de vídeo d’alta velocitat a través de cables de llarga distància (normalment cables coaxials o parelles retorçades blindades) en entorns sorollosos. Sovint s’utilitzen en l’automoció i altres camps. Es requereixen xips serialitzadors (serialitzadors) i deserialitzadors (deserialitzadors, serdes).
Avantatges:Forta capacitat i robustesa anti-interferència, recolzen la transmissió estable a llarga distància (diversos metres a més de deu metres o fins i tot més lluny), adequats per a entorns d’aplicació dures (com ara interiors de cotxes).
Desavantatges:Requereix un xip dedicat a serdes, el cost del sistema pot ser elevat; No tan popular com MIPI o USB.
Aplicacions típiques:Càmeres d'automòbils (ADAS, Imatges de reversió, Monitorització de cotxes), transmissió d'imatges de llarga distància industrial.

Característiques:LVDS és un estàndard de transmissió de senyal diferencial universal de baixa tensió caracteritzada per un consum d’alimentació d’alta velocitat, baixa potència i una resistència al soroll relativament bona. Sub-LVDS és una variant de LVDs amb menor tensió. LVDS en si és un estàndard de capa física i normalment necessita cooperar amb el protocol de capa superior per definir el format de dades i el temps. Les dades es poden transmetre en paral·lel o en sèrie.
Avantatges:Velocitat de transmissió ràpida, implementació relativament senzilla de maquinari, consum de baixes potència, adequada per a la connexió intra-bord o a distància mitjana (desenes de centímetres a un o dos metres).
Desavantatges:Molts pins per a la transmissió paral·lela; A diferència de la interfície de càmera MIPI CSI o USB, no és un protocol complet i ha de definir el protocol de capa superior; El grau d’estandardització no és tan bo com MIPI, USB, Gige, etc.
Aplicacions típiques:Connexió del mòdul intern del sistema, algunes càmeres industrials utilitzen protocols privats basats en LVD, càmeres digitals primerenques i, de vegades, com a base física de protocols com MIPI.

Característiques:Un tipus d’interfície anterior, les dades d’imatges es transmeten en paral·lel (per exemple, 8, 10 o 12 bits d’amplada) amb rellotge de píxel independent, sincronització de línia i senyals de sincronització de camp.
Avantatges:Concepte senzill, fàcil de connectar als circuits lògics bàsics.
Desavantatges:Un nombre molt elevat de pins (sobretot a grans amplades de bits), velocitat de transmissió limitada, mala immunitat de soroll, distància de transmissió molt curta (normalment només a la mateixa placa de PCB).
Aplicacions típiques:Mòduls de càmeres anteriors, alguns sistemes incrustats de baixa resolució (no són habituals amb requisits alts d’amplada de banda).

Quan escolliu un mòdul de càmera per a un sistema de visió, la interfície és un dels factors clau que cal pesar amb cura amb els requisits de l’aplicació. No hi ha cap millor interfície absoluta, només la més adequada. La vostra elecció s'ha de basar en:

Ample de banda obligatori:Determinat per la vostra resolució i velocitat de fotograma.
Distància de transmissió:La distància física entre el mòdul de la càmera i el processador principal.
Pressupost elèctric:Els requisits energètics del vostre sistema.
Restriccions de costos:El pressupost per a maquinari i cables de la interfície.
Compatibilitat del processador principal:Quines interfícies admet el vostre principal xip o plataforma de desenvolupament? Hi ha conductors preparats i recursos de desenvolupament?
Robustesa ambiental:La interferència electromagnètica, la vibració, etc. de l’entorn de treball requereix una interfície altament robusta?

Per exemple, el MIPI sol escollir-se per a una amplada de banda de gran distància a distància incrustada; USB 3.x es pot triar per a una connexió convenient amb PC i a curta distància; Gige Vision es pot triar per a transmissió de llarga distància i estable en llocs industrials; GMSL/FPD-Link es pot triar per al cablejat complex i anti-interferència en automòbils.

Article sobreCom triar el mòdul de càmera per al sistema de visió.

La interfície del mòdul de la càmera és l’enllaç clau entre els "ulls" de la càmera i el "cervell" del sistema, responsable de la transmissió d'alta velocitat i fiable de dades de valuoses d'imatges. Des de MIPI de baixa potència de curta durada, fins a USB universal i convenient, fins a Gige Vision de llarga distància industrial i Automoció anti-interferència GMSL/FPD-LINK, diversos tipus d’interfície de càmera ofereixen diferents combinacions de rendiment.

Comprendre les característiques, els avantatges i les limitacions d’aquestes interfícies és fonamental per seleccionar amb èxit el mòdul de càmera adequat per al vostre producte o sistema de visió. La selecció de la interfície dreta garanteix una transmissió suau de dades i maximitza el potencial de rendiment del mòdul de la càmera.

1. Té la velocitat de la interfície i l'amplada de banda el mateix?

A.No exactament el mateix, sinó estretament relacionat. La velocitat de la interfície es refereix generalment a la velocitat a la qual es transmeten senyals a la capa física (com ara bits per segon o gigahz). L’ample de banda fa referència a la quantitat de dades efectives que la interfície pot transmetre en un període de temps determinat (normalment bits/segon o bytes/segon), que no només depèn de la velocitat física, sinó també del protocol de la interfície, el mètode de codificació i l’eficiència de transmissió de dades. Per a la interfície del mòdul de la càmera, ens preocupa més l’ample de banda de dades que pot proporcionar per assegurar -nos que les dades d’imatge amb la resolució necessària i la velocitat de fotograma es poden transmetre.

2.Do la interfície del mòdul de la càmera també proporciona energia al mòdul?

A.Moltes interfícies modernes de mòduls de càmeres, com USB i algunes interfícies industrials basades en estàndards (com ara Poe - Power Over Ethernet, combinades amb Gige Vision), suport de dades i subministrament de dades sobre el mateix cable. Interfície de sèrie de la càmera CSINo transmet energia mateixa, però sol ser paral·lel al cable d’alimentació. GMSL/FPD-Link també requereix normalment una font d'alimentació separada o admet POC (potència sobre coaxi/cable). Això depèn de l'estàndard de la interfície específic i el disseny del mòdul. Comprendre el mètode d’alimentació és molt important per al disseny general del sistema.

3.Can un mòdul de càmera que suporta diverses interfícies?

A.Normalment, un model de mòdul de càmeres específic està dissenyat per suportar un o uns quants tipus d'interfície específics quan surt de la fàbrica. El maquinari dins del mòdul (com ara el tipus d’interfície de sortida de l’ISP, la configuració del connector) determina les interfícies que pot suportar. Tot i que alguns mòduls poden suportar diferents interfícies a través de taulers d’adaptadors o diferents SKU (unitats de manteniment d’estocs), un mòdul sol comunicar -se amb el sistema principal a través d’una interfície alhora. A menys que sigui un mòdul multi-interfície especialment dissenyat, això és relativament rar.

Solució de personalització del mòdul de càmera única

Envieu -nos els vostres requisits per als mòduls de càmeres i personalitzarem la millor solució per a vosaltres. Amb les nostres solucions premium, podeu millorar els vostres productes, implicar els vostres clients i obrir noves oportunitats per al creixement i l’èxit de les aplicacions de visió incrustades.

Envieu consultes ara