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徹底比較工業(yè)設(shè)備用相機(jī)模組。UVC相機(jī)、IP相機(jī)、Wi-Fi相機(jī)、MIPI相機(jī)的利害得失是什么?

2023/11/22

NEW 文章 專欄

 工業(yè)設(shè)備等用組裝相機(jī)模組的進(jìn)步非常明顯。除了分辨率和幀數(shù)提高以外,外形尺寸減小以及低成本、易于使用等方面的改善速度也非常之快。因此,除了用于工廠生產(chǎn)線上的檢查/測(cè)定裝置或監(jiān)控相機(jī)以外,在機(jī)器人與無人機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、POS終端、自動(dòng)現(xiàn)金存取機(jī)(ATM)、和自動(dòng)販賣機(jī)等上也漸漸成為必備(圖1)。
 
圖1 具備相機(jī)功能的工業(yè)設(shè)備案例

 在工業(yè)設(shè)備上裝置相機(jī)模組,能增加至今未有的新功能。例如,在自動(dòng)販賣機(jī)上裝置相機(jī)模組,能從拍攝下來的使用者圖像上取得性別、年齡等數(shù)據(jù),從這些數(shù)據(jù)上就能調(diào)整出飲料最合適的產(chǎn)品陣容。也就是說能活用于獲取市場(chǎng)數(shù)據(jù)上。今后,裝置了相機(jī)模組的工業(yè)設(shè)備一定會(huì)繼續(xù)增加。

選擇項(xiàng)大致分為4類

 但要將相機(jī)模組組裝到工業(yè)設(shè)備上雖說不是非常困難,但也有幾個(gè)需要跨越的難關(guān)。工業(yè)設(shè)備廠商的工程師最先遇到的難關(guān)就是相機(jī)模組的選擇。目前相機(jī)模組的選擇項(xiàng)大致分為4類。具體來說,就是「UVC(USB視頻類)相機(jī)」、「IP(因特網(wǎng)協(xié)議)相機(jī)」、「Wi-Fi(無線網(wǎng)絡(luò))相機(jī)」、「MIPI(移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口)相機(jī)」這4類(表1)。以下就這4類相機(jī)模組進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。
 
表1 工業(yè)設(shè)備用相機(jī)模組的選擇項(xiàng)
 

① UVC相機(jī)

 UVC相機(jī)是通過USB線連接并使用的相機(jī)模組。在線上會(huì)議或動(dòng)畫發(fā)布等用途上,連接到電腦上使用的網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(WEB相機(jī))大多是這種UVC相機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)是易于使用。這是因?yàn)樗赨VC(USB視頻類)標(biāo)準(zhǔn),在電腦的OS上準(zhǔn)備了驅(qū)動(dòng)軟件。用戶僅需連接UVC相機(jī),就可以在電腦畫面上顯像。因此,在組裝至工業(yè)設(shè)備上時(shí)也不需要開發(fā)驅(qū)動(dòng)軟件。但它也有它的缺點(diǎn)。UVC相機(jī)本身就是最終成品,因此組裝至工業(yè)設(shè)備上的相機(jī)模組外形尺寸會(huì)比較大,成本也會(huì)較高。

 

② IP相機(jī)

 IP相機(jī)是通過Ethernet(以太網(wǎng))連接使用的相機(jī)模組。相機(jī)本身就帶有IP地址,僅需連接至網(wǎng)絡(luò)即可使用;所以也被稱為網(wǎng)絡(luò)相機(jī)。主要的用途有監(jiān)控相機(jī)等,但也能組裝至工業(yè)設(shè)備上。它的優(yōu)點(diǎn)與UVC相機(jī)一樣,主要是易于使用。在組裝至產(chǎn)業(yè)設(shè)備時(shí),也無需開發(fā)驅(qū)動(dòng)軟件。且它的連接距離可長(zhǎng)達(dá)100m左右,這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)--即可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控。它的缺點(diǎn)與UVC相機(jī)一樣,在于外形尺寸較大,成本較高。此外,由于它會(huì)將影像信號(hào)壓縮后再傳輸,無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸,會(huì)有數(shù)幀的影像延遲,這是另一個(gè)劣勢(shì)。

 

③ Wi-Fi相機(jī)

 Wi-Fi相機(jī)的定位為上述IP相機(jī)的Wi-Fi(無線網(wǎng)絡(luò))版。因此,它能無線連接相機(jī)模組與影像顯示器。這是它最大的優(yōu)點(diǎn)。且它的連接距離能長(zhǎng)達(dá)200m左右,并且易于使用。它的缺點(diǎn)也與IP相機(jī)一樣,無法實(shí)時(shí)傳輸。且根據(jù)周圍環(huán)境不同可能發(fā)生連接可能會(huì)中斷,無線連接相對(duì)來說穩(wěn)定性較差,在連接安全上令人擔(dān)憂。此外,它作為組裝至工業(yè)設(shè)備上的相機(jī)模組,外形尺寸也比較大,成本也較高。

 

④ MIPI相機(jī)

 MIPI相機(jī)是采用了連接智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的相機(jī)與SoC、或是SoC與顯示屏之間的傳輸規(guī)格「MIPI CSI-2」作為影像輸出接口的相機(jī)模組。它的優(yōu)點(diǎn)是由于其本身就是在移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部使用的,因此外形尺寸小,成本也較低。此外,它還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸,且連接的穩(wěn)定性也高。但它有兩個(gè)缺點(diǎn)。一個(gè)是連接距離短,最多僅為30cm。因此無法用于相機(jī)模組與影像處理傳感器距離較遠(yuǎn)的工業(yè)設(shè)備。另一個(gè)是在組裝至工業(yè)設(shè)備上時(shí),需要開發(fā)驅(qū)動(dòng)軟件,并且記述寄存器代碼。與UVC相機(jī)和IP相機(jī)不同,它無法只需連接就能顯像。
 但在連接距離上的缺點(diǎn),只要使用適當(dāng)?shù)膶?duì)策就能有所解決。具體來說,只要與THine Electronics的高速串行接口「V-by-One HS」組合使用即可(表1中の「⑤MIPI相機(jī)+V-by-One HS」)。這能使連接距離延長(zhǎng)至15m左右(圖2)。而且,這一組合基本不會(huì)造成別的缺失。硬要說的話,最多也就是零件成本和開發(fā)成本會(huì)略有增加。其外形尺寸小和連接穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)能繼續(xù)保持。
圖2 MIPI相機(jī)與V-by-One HS的組合

 與V-by-One HS組合使用會(huì)增加的開發(fā)成本,只要使用提供的「MIPI相機(jī)SerDes入門套件」就基本可以無視。這一入門套件里除了包含MIPI CSI-2信號(hào)傳輸接收必要的整套軟件以外,還提供能自動(dòng)生成寄存器代碼的GUI(圖形用戶界面)工具。

根據(jù)用途不同最合適的相機(jī)也不同

 「哪種相機(jī)模組最適用于你開發(fā)的工業(yè)設(shè)備呢?」。其實(shí),能完美適用于所有工業(yè)設(shè)備的相機(jī)模組是不存在的。也就是說,最合適的相機(jī)模組是根據(jù)工業(yè)設(shè)備的不同變化的。因此要多方考量組裝目標(biāo)的工業(yè)設(shè)備其特性,來選擇最合適的相機(jī)模組。以下,我們?cè)O(shè)想了5種使用情況,來與大家一起思考哪種相機(jī)模組最為合適。

 

●驗(yàn)證想出的新點(diǎn)子時(shí)適用UVC相機(jī)

 在工業(yè)設(shè)備上安裝相機(jī)模組,用AI(人工智能)對(duì)拍攝的影像進(jìn)行圖像識(shí)別,應(yīng)該能生成新的功能。比如某天你突然想到了這樣的新點(diǎn)子,那要驗(yàn)證這個(gè)點(diǎn)子,也就是進(jìn)行PoC(概念證明)就必須盡快。這時(shí),采用易于使用的UVC相機(jī)是最合適的。只需要通過USB線連接就能馬上取得影像信號(hào),馬上開始新點(diǎn)子的驗(yàn)證。

 

●實(shí)裝空間有限的工業(yè)設(shè)備上適用MIPI相機(jī)

 如果在已完成的工業(yè)設(shè)備上再安裝相機(jī)模組,很多時(shí)候會(huì)幾乎沒有實(shí)裝空間。例如在自動(dòng)販賣機(jī)或生產(chǎn)線用檢查/測(cè)定裝置等安裝時(shí)。此時(shí)無法采用外形尺寸較大的UVC相機(jī)或IP相機(jī)。這時(shí)原本就是為了在移動(dòng)設(shè)備上使用而開發(fā)的MIPI相機(jī)就是最合適的了。MIPI的相機(jī)模組外形尺寸只需20mm×20mm左右,可在極為有限的空間內(nèi)進(jìn)行實(shí)裝。
 但在工業(yè)設(shè)備上后裝時(shí),有時(shí)會(huì)與圖像處理傳感器的距離較遠(yuǎn)。MIPI相機(jī)模組的傳輸距離最長(zhǎng)也只有30cm,基本是不夠用的。此時(shí),如與高速串行接口V-by-One HS組合使用,就能解決問題。因?yàn)槠鋫鬏斁嚯x能延長(zhǎng)至大約15m。

 

●影像信號(hào)的傳輸距離超過100m時(shí)適用IP相機(jī)

有些工業(yè)設(shè)備,拍攝影像的地方與影像處理的地方離得很遠(yuǎn)。例如演唱會(huì)等上放置的播放設(shè)備、或是要將在海中拍攝的影像傳輸回船上的海中相機(jī)系統(tǒng)等。這些時(shí)候要求的傳輸距離會(huì)超過100m。UVC相機(jī)或MIPI相機(jī)+V-by-One HS都無法對(duì)應(yīng)。因此,此時(shí)IP相機(jī)為最優(yōu)解。

 

●線纜處理比較困難時(shí)適用Wi-Fi相機(jī)或MIPI相機(jī)+V-by-One HS

 在工業(yè)設(shè)備上安裝相機(jī)模組,有時(shí)線纜處理也會(huì)成為問題。例如需要在機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備內(nèi)部排設(shè)線纜時(shí)。如果線還很粗就更難了。這時(shí)若能盡量使用較細(xì)較少的線,處理起來就會(huì)簡(jiǎn)單很多。這里的最優(yōu)解是MIPI相機(jī)+V-by-One HS。V-by-One HS是串行接口,只需數(shù)量很少的線就能進(jìn)行影像信號(hào)的傳輸。當(dāng)然,如果外形尺寸和成本允許的話,也可以使用Wi-Fi相機(jī)。因其本身就不需要排線,自然也無需處理線纜問題。

 

●需要連接單獨(dú)銷售(option)相機(jī)時(shí)適用UVC相機(jī)

 POS終端等業(yè)務(wù)用設(shè)備有時(shí)會(huì)將單獨(dú)銷售(option)的相機(jī)連接至終端本體上。這是為了應(yīng)對(duì)在購(gòu)入終端后,需要讀取二維碼的時(shí)候。此時(shí),需要用戶購(gòu)入相機(jī)后自行將其連接至終端本體后使用。因此最重要的一點(diǎn)就是必須很簡(jiǎn)單就能連接,因此此時(shí)的最優(yōu)解就是UVC相機(jī)。


以上

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