Понимание типов интерфейса камеры: MIPI, USB, Gige и многое другое

Мы знаем, что модуль камеры является ключевым компонентом для захвата изображений. Он содержит датчик изображения для преобразования света в электрические сигналы и процессор сигнала изображения (ISP) для обработки этих необработанных данных. Однако эти данные изображения в конечном итоге должны быть отправлены в «мозг» системы - основной процессор (ЦП, графический процессор, DSP и т. Д.) Для дальнейшего анализа, отображения, хранения или принятия решений.

Канал, соединяющиймодуль камерыА основным процессором является интерфейс модуля камеры. Этот интерфейс не только отвечает за передачу больших объемов данных изображения на высокой скорости, но также может отвечать за передачу контрольных сигналов и источника питания. Различные типы интерфейсов значительно различаются с точки зрения скорости передачи, расстояния, сложности и сценариев применения. Понимание этих типов интерфейса камеры имеет решающее значение для выбора правильного модуля и обеспечения совместимости с вашей системной платформой.

Сигнал света, захваченный датчиком модуля камеры, обрабатывается внутренней схемой (иногда включающим ISP) для генерации цифровых данных изображения. Объем этих данных обычно велик, особенно в приложениях с высоким разрешением и высокой частотой кадров. Сам модуль камеры обычно не имеет сильной вычислительной мощности для выполнения всех задач анализа изображений, а также не может быть напрямую отображать или сохранить эти данные.

Следовательно, эффективный и стабильный интерфейс необходим для быстрого и точного передачи этих данных изображения из модуля на внешний основной чип управления. Интерфейс похож на шоссе, гарантируя, что информация о изображении может плавно течь от модуля камеры к другим частям системы.

OEM Camera Modules 1080P HDR3

Различные типы интерфейса модуля камеры имеют разные фокусы в дизайне и производительности, и их можно различить в основном по следующим ключевым функциям:

Полоса пропускания:относится к объему данных, которые интерфейс может передавать в секунду, обычно измеряемые в MBPS или GBP. Приложения с высоким разрешением и высокой точки зрения требуют более высокой пропускной способности. Пропускная способность является ключом к определению того, может ли интерфейс поддерживать конкретную спецификацию изображения.
Расстояние передачи:Максимальное расстояние, которое интерфейс может надежно передавать данные. Некоторые интерфейсы подходят для бортовых или коротких соединений (от нескольких сантиметров до десятков сантиметров), в то время как другие поддерживают большие расстояния (несколько метров или даже дальше).
Сложность/накладные расходы:относится к количеству физических контактов, необходимых для интерфейса, сложности аппаратной реализации и требованиям программного обеспечения/драйвера. Простые интерфейсы могут потребовать больше контактов, а для сложных интерфейсов могут потребоваться выделенные контроллеры или больше программного обеспечения.
Потребление мощности:Количество мощности, потребляемое интерфейсом, когда он работает. Для систем с батарейным питанием или тепловой рассеиванием интерфейсы с низким энергопотреблением более популярны.
Расходы:Стоимость чипа, разъема и кабеля, связанная с интерфейсом.
Надежность/надежность:Способность интерфейса поддерживать целостность сигнала и стабильность в сложных средах, таких как электромагнитные помехи и вибрация.
Стандарты и экосистема:Степень отраслевой стандартизации интерфейса, популярность хост -процессоров и платформ развития, которые поддерживают интерфейс, а также обилие связанных инструментов развития и поддержки сообщества.

На рынке есть много интерфейсов модулей камеры, и их соответствующие характеристики делают их подходящими для различных сценариев применения. Вот некоторые из наиболее распространенных типов:

MIPI CSI -2 (Интерфейс процессора мобильной отрасли - последовательный интерфейс камера 2)
USB (универсальный серийный автобус)
Gige Vision (Gigabit Ethernet Vision)
GMSL (Gigabit MultiMedia Serial Link) / FPD-Link
LVDS (сигнализация с дифференциацией низкого напряжения) / Подметки
Параллельный интерфейс

Теперь давайте представим функции, преимущества и недостатки каждого интерфейса камеры один за другим.

Функции:MIPI CSI -2 Интерфейс камеры был первоначально разработан для мобильных устройств и представляет собой высокоскоростной дифференциальный интерфейс с низким содержанием пинтов. Он использует протокол передачи пакетов и высокоэффективен.
Преимущества:Он очень популярен в мобильных и встроенных областях, и многие мобильные и встроенные хост -процессоры и наступают на них. Он имеет высокую полосу пропускания (путем добавления каналов данных Lane), относительно низкого энергопотребления и компактных разъемов и требуемых кабелей.
Недостатки:Расстояние передачи относительно ограничено, и рекомендуемое расстояние обычно составляет не более 30 см; Он имеет высокие требования для качества кабеля и проводки, и его легко влияют на шум во время расстояния.
Типичные приложения:Смартфоны, планшеты, ноутбуки, встроенные доски для разработки, такие как Raspberry Pi, и дроны (соединения с коротким дистанцией).

Функции:USB - это универсальный стандарт последовательного интерфейса, который поддерживает многочисленную передачу типа данных и источник питания (USB PD). Общие версии включают USB 2. 0, USB 3.
Преимущества:Чрезвычайно популярен, поддерживается почти всеми компьютерами и многими встроенными системами; подключить и играть; Относительно длинные кабели (особенно при использовании концентраторов или расширителей); Unified UVC (USB Video Class) Стандарт и широкая поддержка программного обеспечения.
Недостатки:По сравнению с выделенными интерфейсами той же пропускной способности, накладные расходы протокола USB велики; USB 2. 0 имеет низкую полосу пропускания, и его трудно поддерживать видеопотоки с высоким разрешением и высокой скоростью; Пропускная способность USB 3.x значительно улучшается, но требования к качеству кабеля увеличиваются.
Типичные приложения:Веб -камеры, потребительские камеры, промышленные камеры, которые легко подключаться к ПК, некоторые приложения робота и разработку прототипа.

GC4653 Module 4MP WDR USB2

Функции:Основываясь на стандартном гигабитном Ethernet (или 10 Gigabit Ethernet и т. Д.), Это стандарт интерфейса, разработанный специально для применений машинного зрения. Он определяет, как передавать высокоскоростные данные изображения и команды управления на Ethernet.
Преимущества:Поддерживает передачу на расстоянии (стандартный сетевой кабель до 100 метров), использует стандартные сетевые кабели и сетевое оборудование; высокая полоса пропускания (гигабит и выше); Имеет сетевые функции, простые в создании многокамерных систем; Хорошая надежность, подходящая для промышленных сред.
Недостатки:Относительно высокое потребление мощности; Там может быть определенная задержка передачи (в зависимости от нагрузки сети); Требуется получение конечного программного обеспечения и оборудования, которое поддерживает стандарт Gige Vision.
Типичные приложения:Промышленная автоматизация, машинное зрение, профессиональный мониторинг, мониторинг трафика, сортировка логистики.

Функции:GMSL (максимальный интегрированный, теперь ADI) и FPD-Link (Texas Instruments) представляют собой две дифференциальные технологии серийного интерфейса, предназначенные для передачи высокоскоростных видео и контрольных сигналов через кабели на длинные дистанции (обычно коаксиальные кабели или экранированные пары) в Noisy. Они часто используются в автомобильных и других областях. Соответствующие чипы сериализатора (сериализатор) и Deserializer (Deserializer, Serdes) требуются.
Преимущества:Сильная противоположная способность и надежность, поддерживают стабильную передачу на большие расстояния (от нескольких метров до более чем десяти метров или даже дальше), подходящие для суровых прикладных сред (таких как автомобильные интерьеры).
Недостатки:Требуется выделенный чип Serdes, стоимость системы может быть высокой; Не так популярен, как MIPI или USB.
Типичные приложения:Автомобильные камеры (ADA, обратные изображения, мониторинг автомобилей), промышленная передача изображений на дальние расстояния.

Функции:LVDS-это универсальный стандарт передачи сигнала низкого напряжения, характеризующийся высокоскоростным, низким энергопотреблением и относительно хорошим сопротивлением шуму. Суб-LVD-это вариант LVD с более низким напряжением. Сам LVDS является стандартом физического уровня, и обычно необходимо сотрудничать с протоколом верхнего уровня, чтобы определить формат данных и время. Данные могут передаваться параллельно или последовательно.
Преимущества:Быстрая скорость передачи, относительно простая аппаратная реализация, низкое энергопотребление, подходящие для внутриподобия или среднего дистанции (десятки сантиметров до одного или двух метров).
Недостатки:Много булавок для параллельной передачи; В отличие от интерфейса камеры MIPI CSI или USB, он не является полным протоколом и необходимо определить протокол верхнего уровня; Степень стандартизации не так хороша, как MIPI, USB, Gige и т. Д.
Типичные приложения:Системное соединение внутреннего модуля, некоторые промышленные камеры используют частные протоколы на основе LVD, ранних цифровых камер, а иногда в качестве основы физического уровня протоколов, таких как MIPI.

Функции:Более ранний тип интерфейса, данные изображения передаются параллельно (например, 8, 10 или 12 бит в ширину) с независимыми пиксельными часами, синхронизацией линии и синхронизациями полевых синхронизации.
Преимущества:Простая концепция, легко подключиться к основным логическим цепям.
Недостатки:Очень большое количество булавок (особенно при высокой ширине битов), ограниченная скорость передачи, плохой иммунитет по шуму, очень короткое расстояние передачи (обычно только на одной плате ПХБ).
Типичные приложения:Более ранние модули камеры, некоторые простые встроенные системы с низким разрешением (не общие с высокой пропускной способностью).

При выборе модуля камеры для системы зрения, интерфейс является одним из ключевых факторов, которые необходимо тщательно взвесить с требованиями применения. Нет абсолютного лучшего интерфейса, только самый подходящий. Ваш выбор должен быть основан на:

Требуемая полоса пропускания:Определяется вашим разрешением и частотой кадров.
Расстояние передачи:Физическое расстояние между модулем камеры и основным процессором.
Силовой бюджет:Требования к энергии вашей системы.
Ограничения стоимости:Бюджет для интерфейса оборудования и кабелей.
Основная совместимость процессора:Какие интерфейсы поддерживают ваш основной чип или платформу для разработки? Есть ли готовые драйверы и ресурсы развития?
Экологическая надежность:Требуют ли электромагнитные помехи, вибрацию и т. Д. Рабочей среды очень надежный интерфейс?

Например, MIPI обычно выбирается для встраиваемой высокой пропускной способности с короткой дистанцией; USB 3.x может быть выбрана для удобного подключения к ПК и коротким расстояниям; Gige Vision может быть выбран для дальней связи и стабильной передачи в промышленных участках; GMSL/FPD-LICK можно выбрать для сложной проводки и противоположных в автомобилях.

Статья оКак выбрать модуль камеры для системы зрения.

Интерфейс модуля камеры является ключевой связью между «глазами» камеры и «мозгом» системы, отвечающей за высокоскоростную и надежную передачу ценных данных изображения. От низкоэффективного MIPI, от универсального и удобного USB, до промышленного надежного гид-концерта на расстоянии и автомобильных противоположных GMSL/FPD-Link, различные типы интерфейсов камеры предлагают различные комбинации производительности.

Понимание характеристик, преимуществ и ограничений этих интерфейсов имеет решающее значение для успешного выбора правильного модуля камеры для вашего продукта или системы зрения. Выбор правого интерфейса обеспечивает плавную передачу данных и максимизирует потенциал производительности модуля камеры.

1. Скорость интерфейса и полоса пропускания одинаково?

A.Не совсем то же самое, но тесно связано. Скорость интерфейса обычно относится к скорости, с которой сигналы передаются на физический слой (например, биты в секунду или Gigahz). Пропускная способность относится к количеству эффективных данных, которые интерфейс может передавать за определенный период времени (обычно биты/второй или байты/второй), что зависит не только от физической скорости, но и от накладных расходов протокола интерфейса, метода кодирования и эффективности передачи данных. Для интерфейса модуля камеры мы больше обеспокоены эффективной пропускной способностью данных, которую он может предоставить, чтобы гарантировать, что данные изображения с необходимым разрешением и частотой кадров могут быть переданы.

2. Интерфейс модуля камеры также обеспечивает питание для модуля?

A.Многие современные интерфейсы модуля камеры, такие как USB и некоторые стандартные промышленные интерфейсы (такие как POE - Power Over Ethernet, в сочетании с Gige Vision), поддерживают передачу данных и источник питания над тем же кабелем. Серийный интерфейс CSI Cameraне передает саму питание, но обычно параллельно кабелю питания. GMSL/FPD-Link также обычно требует отдельного источника питания или поддержки POC (питание над коаксором/кабелем). Это зависит от конкретного стандарта интерфейса и конструкции модуля. Понимание метода питания очень важно для общего дизайна системы.

3. Можете ли один модуль камеры поддержать несколько интерфейсов?

A.Как правило, конкретная модель модуля камеры предназначена для поддержки одного или нескольких конкретных типов интерфейса, когда она покидает завод. Аппаратное обеспечение внутри модуля (например, тип выходного интерфейса ISP, конфигурация разъема) определяет интерфейсы, которые он может поддерживать. Хотя некоторые модули могут поддерживать различные интерфейсы с помощью адаптерных плат или различных SKU (единицы для сохранения запасов), модуль обычно связывается с основной системой через один интерфейс за раз. Если это не специально разработанный мульти-интерфейс, это относительно редко.

Однопопное решение для настройки модуля камеры

Отправьте нам свои требования к модулям камеры, и мы настроем лучшее решение для вас. Благодаря нашим премиальным решениям вы можете улучшить свои продукты, привлекать своих клиентов и открыть новые возможности для роста и успеха приложений в Embedded Vision.

Отправить запрос сейчас