過去数年間で、組み込みビジョンは流行語から、産業、医療、小売、エンターテインメント、および農業の各セクターで使用される広く採用されているテクノロジーに進化しました。 進化の各段階で、エンベデッドビジョンは、顧客が選択できるカメラインターフェイスオプションの数を大幅に増やしました。 ただし、技術の進歩にもかかわらず、MIPIおよびUSBインターフェイスは、大多数の組み込みビジョンアプリケーションで最も人気のある2つのタイプであり続けています。
最適なインターフェイスの選択は、フレームレート/帯域幅の要件、解像度、データ転送の信頼性、ケーブルの長さ、複雑さ、そしてもちろん全体的なコストなど、多くの要因に依存します。 この記事では、両方のインターフェースを詳しく見て、それらの機能と制限をよりよく理解します。
MIPIおよびUSBインターフェースについて
MIPIカメラは、MIPIインターフェイスを使用してカメラからホストプラットフォームに画像を転送するカメラモジュールまたはシステムです。 それに比べて、USBカメラはデータ転送にUSBインターフェースを使用します。 ここで、さまざまなタイプのMIPIおよびUSBインターフェースと、それらが使用される場所について見てみましょう
MIPIインターフェース
MIPIは、カメラとホストデバイス間のポイントツーポイントの画像およびビデオ伝送のために、今日の市場で最も一般的に使用されているインターフェースです。 広く使用されている理由は、MIPIの使いやすさと、幅広い高性能アプリケーションをサポートする能力にあります。 また、1080p、4K、8Kなどの強力な機能とビデオや高解像度のイメージングを備えています。
MIPIインターフェースは、ヘッドマウントバーチャルリアリティデバイス、スマートトラフィックアプリケーション、ジェスチャ認識システム、ドローン、顔認識、セキュリティ、監視システムなどのアプリケーションに最適です。
MIPICSI-2インターフェースについて
MIPI CSI-2（MIPI Camera Serial Interface 2nd Generation）規格は、高性能で費用効果が高く、使いやすいインターフェースです。 MIPI CSI-2は、4つの画像データレーンで最大帯域幅106 Gb / sを提供します。 最大21.5Gb / sのデータを転送できる各レーン。 MIPICSI-2はUSB3.0よりも高速です。 1080pから8K以上のビデオを処理するための信頼性の高いプロトコルが採用されています。 さらに、投資コストが低いため、MIPICSI-2はより高いネットイメージ帯域幅を備えています。
MIPI CSI-2インターフェイスは、マルチコアプロセッサにより、CPUからのリソースの使用量が少なくなります。 これは、RaspberryPiとJetsonNanoのデフォルトのカメラインターフェースです。 RaspberryPiカメラモジュールV1およびV2もこれに基づいています。
MIPICSI-2 インターフェイスの制限について
強力で人気のあるインターフェイスですが、MIPICSIにはいくつかの制限があります。 たとえば、MIPIカメラは追加のドライバーに依存して動作します。 これは、組み込みシステムのメーカーが必要なドライバーサポートを提供しない限り、さまざまなイメージセンサーのサポートが制限されることを意味します。
USBインターフェースについて
USBインターフェースは、カメラとPCの2つのシステム間の接続として機能します。 USBインターフェイスはプラグアンドプレイ機能でよく知られているため、USBインターフェイスを選択することは、組み込みビジョンインターフェイスの高価で長期にわたる開発時間とコストに別れを告げることができることを意味します。 古いバージョンのUSB2.0には、重大な技術的制限があります。 USB 2.0テクノロジーが衰退し始めると、そのコンポーネントの多くは互換性がなくなります。 USB3.0およびUSB3.1 Gen 1インターフェースは、USB2.0インターフェースの制限を克服するために発売されました。
USB3.0インターフェースについて
USB 3.0（およびUSB 3.1 Gen 1）インターフェースは、さまざまなインターフェースの優れた機能を組み合わせています。 これらには、プラグアンドプレイの互換性と低いCPU負荷が含まれます。 USB 3.0のビジョン産業標準は、高解像度および高速度カメラの信頼性も向上させます。
最小限の追加ハードウェアが必要で、低帯域幅（最大40メガバイト/秒）をサポートします。 最大帯域幅は毎秒480メガバイトです。 これは、USB 2.0の10倍、GigEの4倍の速度です。 そのプラグアンドプレイ機能により、組み込みビジョンデバイスを簡単に交換でき、損傷したカメラを簡単に交換できます。
USB3.0インターフェースの制限について
USB 3.0インターフェースの最大の欠点は、高解像度センサーを高速で実行できないことです。 もう1つの欠点は、ケーブルしか使用できないことです。ホストプロセッサから最大5メートルの距離です。 より長いケーブルも利用できますが、すべて「ブースター」が取り付けられています。 これらの長いケーブルと産業用カメラの性能は、個々のケースごとにチェックする必要があります。
MIPIカメラとUSBカメラ–の機能的な比較
2つのインターフェイスを理解したので、次の表でMIPIとUSBの機能を比較して機能を実行してみましょう。
Features機能 USB 3.0 MIPI CSI-2
Availability on SoC SoCでの可用性 On high -end SoCs
ハイエンドSoCの場合 Many (Typically 6 lanes available)
多くの場合使用可能（通常は6レーンが利用可能）
Bandwidth 帯域幅 400 MB/s 320 MB/s/lane
320MB /秒/レーン
1280 MB / s（4レーン）
1280 MB/s (with 4 lanes)
Cable Length ケーブルの長さ < 5 meters <5メートル <30 cm
Space Requirements
スペース要件 High高い Low低い
Plug-and-playプラグ＆プレイ Supported サポートあり Not supportedサポートなし
Development Costs 開発費 Low 低い Medium to High 中〜高
• - Max bandwidth with MIPI-CSI2 / MIPI D-PHY® v1.2 used in NVIDIA Jetson AGX Xavier Platform
Conclusion 結論
カメラインターフェースは、エンベデッドビジョンアプリケーションの成功または中断の瞬間を表しています。 したがって、MIPIとUSBの間の適切なインターフェイスを選択することは重要な決定です。
MIPIもUSBも適合しない組み込みビジョンアプリケーションがいくつかありますが、ほとんどの場合、そのうちの1つで十分です。 最適なインターフェイスの選択は、組み込みデバイスに必要な機能セットによって異なります。
この記事はもともとe-conSystemsで公開されています
https://www.e-consystems.com/blog/camera/technology-thursday/mipi-camera-vs-usb-camera-a-detailed-comparison/
