MIPI คืออะไรและเหตุใดจึงครอบงำการมองเห็นแบบฝัง
MIPI (อินเทอร์เฟซตัวประมวลผลอุตสาหกรรมมือถือ) คือชุดข้อกำหนดอินเทอร์เฟซที่กำหนดโดย MIPI Alliance ซึ่งเป็นองค์กรระดับโลกที่มุ่งเน้นด้านอุปกรณ์เคลื่อนที่และอุปกรณ์เคลื่อนที่-ที่ได้รับอิทธิพล ปัจจุบัน MIPI ได้กลายเป็นมาตรฐานโดยพฤตินัยสำหรับการเชื่อมต่อกล้องและจอแสดงผลในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต IoT เชิงอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ โดรน อุปกรณ์สวมใส่ และระบบยานยนต์
ท่ามกลางข้อกำหนดหลายประการMIPI CSI-2(Camera Serial Interface 2) เป็นโซลูชั่นกล้องฝังตัวที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงความเร็วสูง-ระหว่างเซ็นเซอร์ภาพ/กล้อง และตัวประมวลผลโฮสต์ ซึ่งสนับสนุน-ความละเอียดสูง -เฟรมสูง- อัตราวิดีโอและภาพนิ่ง-โดยใช้พลังงานและขนาดที่น้อยที่สุด
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ MIPI CSI-2
- ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ- เหมาะสำหรับอุปกรณ์ Edge ขนาดกะทัดรัดที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่-
- ปริมาณข้อมูลสูงสำหรับวิดีโอ 2K/4K และภาพที่มีความละเอียดสูง-
- จำนวนพินและการเดินสายขนาดกะทัดรัด ลดความซับซ้อนของการออกแบบ PCB และกลไก
- ระบบนิเวศที่สมบูรณ์และการรองรับชิปในวงกว้าง
คุณสมบัติทางเทคนิคหลักของ MIPI CSI-2
จากมุมมองของการออกแบบฮาร์ดแวร์และระบบ MIPI CSI-2 นำเสนอประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาดที่กำหนดไว้อย่างดี:
- อัตราข้อมูลต่อเลนสูงถึง1.5 กิกะบิตต่อวินาทีในโหมดความเร็วสูง-
- การกำหนดค่าช่องทางที่ปรับขนาดได้: โดยทั่วไป 2 ช่องทางข้อมูล + 1 ช่องทางสัญญาณนาฬิกา หรือ 4 ช่องทางข้อมูล + 1 ช่องทางสัญญาณนาฬิกา
- ช่องควบคุมตาม I²C-สำหรับการกำหนดค่าเซ็นเซอร์ การเปิดรับแสง ไวต์บาลานซ์ และเกน
- เวลาแฝงต่ำจากการเชื่อมต่อแบบอนุกรมความเร็วสูง-โดยตรง
- รองรับไฟล์ RAW, RGB, YUV, JPEG และรูปแบบอุตสาหกรรมอื่น ๆ
คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้ MIPI CSI-2 เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการมองเห็นระดับมืออาชีพมากกว่ากล้อง USB หรืออีเทอร์เน็ตทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเวลาแฝง พลังงาน และขนาดมีความสำคัญ
ข้อกำหนดการรวม MIPI บนระบบสมองกลฝังตัว
ต่างจากกล้อง USB (ซึ่งใช้ไดรเวอร์ UVC มาตรฐาน) หรือกล้อง IP (ซึ่งใช้ RTSP และโปรโตคอลเครือข่าย) ต้องใช้เซ็นเซอร์และกล้อง MIPIไดรเวอร์เฉพาะเซ็นเซอร์-แบบกำหนดเองเพื่อจับภาพ สตรีม และควบคุมวิดีโอ
บนระบบฝังตัวที่ใช้ Linux{0}} เช่น SCAILX การบูรณาการกล้อง MIPI อาศัยVideo4Linux (V4L2)กรอบงาน-ระบบย่อยเคอร์เนลมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์เสียงและวิดีโอ แม้ว่า V4L2 จะมี API ทั่วไป แต่ MIPI ไม่ได้มีขนาดเดียว-ขนาด-เหมาะกับ-ไดรเวอร์ทั้งหมด เซ็นเซอร์แต่ละตัวต้องการไดรเวอร์เฉพาะเพื่อ:
- รับและแยกวิเคราะห์แพ็กเก็ตข้อมูล MIPI ความเร็วสูง-
- แปลงแพ็กเก็ตเป็นเฟรมวิดีโอที่ใช้งานได้
- จัดการการบัฟเฟอร์เฟรมและหน่วยความจำ
- สื่อสารสัญญาณควบคุมผ่านI²C
จากฝั่งฮาร์ดแวร์ การบูรณาการต้องการ:
- พอร์ต MIPI CSI-2 ดั้งเดิมบนโปรเซสเซอร์โฮสต์
- สายเคเบิลยืดหยุ่นแบบมีฉนวน โดยทั่วไปจำกัดอยู่ที่<40 cmเพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ
- การทำแผนที่เลน เวลา และการจับคู่ทางไฟฟ้าระหว่างเซ็นเซอร์และโปรเซสเซอร์ที่แม่นยำ
เซ็นเซอร์ RAW กับกล้องที่ใช้ ISP-: ทางเลือกในการบูรณาการที่ใช้งานได้จริง
ความแตกต่างที่สำคัญในการออกแบบกล้อง MIPI คือเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณเอาท์พุตหรือไม่ข้อมูลดิบหรือประมวลผลข้อมูลภาพผ่านทางISP (โปรเซสเซอร์สัญญาณภาพ).
เซ็นเซอร์เอาท์พุต RAW จะส่งข้อมูลพิกเซลแพทเทิร์นของไบเออร์-อย่างแท้จริง ซึ่ง V4L2 ไม่สามารถถอดรหัสได้โดยตรง พวกเขาต้องการให้ ISP ทำการสาธิตการลดจุดรบกวน การปรับค่าแสงอัตโนมัติ และสมดุลแสงขาว ISP นี้สามารถ:
- รวมอยู่ในโมดูลกล้อง (ฮาร์ดแวร์ ISP)
- นำไปใช้ในซอฟต์แวร์หรือฝังอยู่ในโปรเซสเซอร์โฮสต์
ในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์ที่มี ISP ในตัว- (เช่น OmniVision OV5640- AF) หรือรุ่นที่รองรับ V4L2 แบบเนทีฟ (เช่น OmniVision OS08A20) จะทำให้การรวมระบบง่ายขึ้นอย่างมาก ซึ่งบ่อยครั้งต้องใช้เพียงไดรเวอร์ V4L2 มาตรฐานเท่านั้น
ในโครงการจริง ทั้งสองเส้นทางต้องการการปรับแต่ง ISP อย่างระมัดระวังและการพัฒนาไดรเวอร์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เสถียรและมีคุณภาพสูง-
แพลตฟอร์ม SCAILX: รองรับกล้อง MIPI แบบเนทีฟ
แพลตฟอร์ม SCAILX edge AI ใช้ประโยชน์จากโปรเซสเซอร์ NXP i.MX 8M Plus ซึ่งมีฟีเจอร์คู่พอร์ต MIPI CSI-2 4 เลนควบคู่ไปกับ I²C, กำลังไฟ และ GPIO เฉพาะสำหรับการควบคุมกล้อง รากฐานด้านฮาร์ดแวร์นี้ช่วยให้สามารถบูรณาการ MIPI ประสิทธิภาพสูง-ได้
ประเภทกล้องที่รองรับบน SCAILX
1. กล้องบอร์ด SCAILX-2GS234-xY
อิงตามเซ็นเซอร์ชัตเตอร์ทั่วโลก Onsemi AR0234 พร้อม ISP ในตัวและไดรเวอร์ V4L2 แบบกำหนดเองสำหรับ SCAILX ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจับภาพเคลื่อนไหวความเร็วสูง-และการตรวจสอบทางอุตสาหกรรม
2. กล้องบล็อคซูม Sony FCB-EV9500M
เอาต์พุต MIPI โดยตรงสำหรับ PTZ และแอปพลิเคชันซูมระดับมืออาชีพ
3. รองรับตัวแปลง LVDS-เป็น-MIPIบอร์ดขยายเสริมช่วยให้สามารถใช้งานร่วมกับกล้องซูมเอาท์พุต LVDS จาก Videology, Sony, Tamron และแบรนด์อุตสาหกรรมอื่นๆ ช่วยเพิ่มทางเลือกกล้องได้อย่างมาก
บทสรุป
MIPI CSI-2 เป็นอินเทอร์เฟซที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบการมองเห็น Edge ระดับมืออาชีพ การปรับสมดุลความเร็ว กำลัง ขนาด และเวลาแฝง พอร์ต MIPI แบบเนทีฟของแพลตฟอร์ม SCAILX AI, การประมวลผล i.MX 8M Plus และการออกแบบฮาร์ดแวร์แบบโมดูลาร์ มอบรากฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการบูรณาการเซ็นเซอร์ชัตเตอร์ทั่วโลก กล้องซูม และโมดูลอุตสาหกรรมแบบกำหนดเอง
การรวม MIPI ที่ประสบความสำเร็จขึ้นอยู่กับเสาหลัก 3 ประการ:
- การออกแบบช่องทางฮาร์ดแวร์และกำหนดเวลาที่แม่นยำ
- การพัฒนาไดรเวอร์ V4L2 เฉพาะเซ็นเซอร์-ที่เสถียร
- การปรับแต่ง ISP ที่เหมาะสมสำหรับคุณภาพของภาพ
ด้วยสิ่งเหล่านี้ SCAILX จึงมอบอินพุตการมองเห็นประสิทธิภาพสูง-ที่เชื่อถือได้สำหรับการอนุมาน AI ทั่วทั้งระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ การค้าปลีก และแอปพลิเคชันเมืองอัจฉริยะ
