組み込みビジョンは、人工知能（AI）、モノのインターネット（IoT）、およびその他の新しいテクノロジーベースのアプリケーションで急速に注目を集めています。 したがって、より多くの企業が、コスト効率の高い方法でイメージング機能を自社製品に統合しようとしています。 このような多くの製品やアプリケーションでは、モバイルインダストリープロセッサインターフェイス（MIPI）は、カメラをホストプロセッサに接続するための最も一般的で便利な方法の1つです。
このコラムでは、MIPIインターフェースとMIPIカメラの仕組みについて詳しく学びます。
MIPIインターフェースの利点と、MIPIカメラがどのように機能するかを説明する前に、インターフェースが時間の経過とともにどのように進化したかについて少し歴史を語りましょう。
MIPIインターフェースの進化
CSI-1
CSI-1は、カメラとホストプロセッサ間のインターフェイスを定義した元の標準MIPIインターフェイスアーキテクチャの原型です。
CSI-2
2005年にリリースされたMIPI CSI-2の最初のバージョンには、次のようなレイヤーに分割されたプロトコルが付属していました。
- 物理レイヤー
- レーンマージャーレイヤー
- 低レベルプロトコルレイヤー
- ピクセルからバイトへの変換レイヤー
- アプリケーションレイヤー
2017年後半に、MIPI CSI-2の2番目のバージョンがリリースされ、RAW-16およびRAW-20の色深度がサポートされました。さらに、仮想チャネルを4から32に増やし、待ち時間減少と輸送効率（LRTE）を低下させる可能性があります。
MIPI CSI-2の3番目のバージョンは2019年にリリースされ、RAW-24色深度のサポートが付属しています。
CSI-3
MIPI CSI-3は、2012年に最初にリリースされ、2014年に次のバージョンがリリースされました。これは、カメラとホスト間の画像とビデオの伝送に高速で双方向のプロトコルを提供しました。
3種類のうち、MIPI CSI-2は、自動運転、ドローン、スマートシティ、医用画像、コンピュータービジョンなどのモバイルおよびリモートアプリケーションで最も一般的に使用されるインターフェイスです。
MIPI CSI-2の詳細
前のセクションでは、MIPIインターフェースが何年にもわたってどのように進化したかを見てきました。それでは、MIPI CSI-2インターフェイスについてもう少し詳しく理解してみましょう。
組み込みビジョンシステムで一般的に使用されているMIPI CSI-2は、イメージセンサーを組み込みボードに接続して画像データを制御および処理するカメラインターフェースです。これは、センサーと組み込みボードがカメラシステムとして連携して画像をキャプチャするのに役立ちます。以下の画像は、MIPI CSI-2インターフェースを使用してイメージセンサーに接続された組み込みカメラボードを表しています。
MIPIカメラは、古いパラレルインターフェースカメラモジュール（別名デジタルビデオポート（DVP）インターフェイス）よりも優れた解像度とフレームレートを確保することで、より高いパフォーマンスを提供します。
今日、多くのエンジニアはUSBカメラよりもMIPI CSI-2カメラを好みます。 どちらのカメラにもそれぞれ長所と短所がありますが、USBを介したMIPIカメラの主な利点のいくつかを見てみましょう。
MIPI CSI-2対USBはなぜ?
理論的には、USBインターフェースの最大帯域幅は5ギガビット/秒です。実際には、毎秒約3.6ギガビットの帯域幅を達成できます。
これにより、多くのアプリケーションで使用されるビジョンシステムが、さまざまな処理や分析の目的で画像データを高速に転送する機能が制限されます。そこで、CSI-2がより役立つ可能性があります。最大帯域幅は6ギガビット/秒で、達成可能な帯域幅は約5ギガビット/秒です。また、CSI-2は、USBの汎用インターフェースと比較して、プロセスをより効率的かつ高速にします。
次の画像は、MIPICSI-2インターフェイスでサポートされている最大帯域幅を表しています。
MIPI CSI-2は、高性能アプリケーションと高解像度イメージングをサポートします。1080p、4K、8K形式の画像や動画をシームレスに送信できます。シングルカメラとマルチカメラの両方の実装に適しています。MIPI CSI-2は、複数のアプリケーションにわたるマシン認識のためのより大きな機能も可能にします。
MIPIカメラとUSBカメラの比較についてさらに詳しく知りたい場合は、MIPIカメラとUSBカメラの詳細な比較をご覧ください。GMSLは、画像およびビデオデータを3メートルを超える距離に転送する必要があるアプリケーションで通常使用されるMIPIの代替手段でもあります。GMSLカメラとMIPIカメラの違いについては、MIPIカメラではなくGMSLカメラにアクセスしてください。.
MIPI CSI-2のパフォーマンスのハイライト
以下は、MIPICSI-2インターフェイスの主要なパフォーマンスハイライトのリストです。
- そのRAW-16または24色深度は、ハイダイナミックレンジ（HDR）と信号対雑音比（SNR）を改善し、自律型車両に高度なビジョン機能を装備します。
- 複数のデータタイプのイメージセンサーに対応する最大32の仮想チャネルを使用する機能が付属しています。 これは、先進運転支援システム（ADAS）の多重露光およびマルチレンジセンサーフュージョンをサポートします。
- レイテンシー削減とトランスポート効率（LRTE）は、リアルタイムの認識を容易にし、トランスポートを最適化して、ワイヤーの数と消費電力を削減します。
- 差分パルス符号変調（DPCM）圧縮は、視覚アプリケーションの圧縮アーティファクトのないSNR画像を配信しながら、帯域幅を削減します。
一般に、MIPIカメラはハイテクOEM組み込みビジョンシステムに最適です。 .
次に、MIPICSI-2カメラがビジョンシステムでどのように機能するかを見てみましょう。
MIPIカメラ：使い方
通常、ビジョンシステムの超小型ボードはMIPI CSI-2をサポートし、幅広いインテリジェントセンサーソリューションで動作します。 さらに、それは多くの異なるCPUボードと互換性があります。
MIPI CSI-2は、MIPI D-PHY物理層をサポートして、アプリケーションプロセッサまたはシステムオンチップ（SoC）と通信します。 これは、MIPIC-PHY℠v2.0またはMIPID-PHY℠v2.5の2つの物理層のいずれかに実装できます。 したがって、そのパフォーマンスはレーンスケーラブルです。
MIPI CSI-2カメラの動作をよりよく理解するために、以下の画像をご覧ください。
MIPIカメラでは、カメラセンサーが画像をキャプチャしてCSI-2ホストに送信します。 画像が送信されると、個別のフレームとしてメモリに配置されます。 各フレームは仮想チャネルを介して送信されます。 次に、各チャネルはラインに分割され、一度に1つずつ送信されます。
MIPI CSI-2は、データ形式とエラー訂正コード（ECC）機能を含む通信用のパケットを使用します。 1つのパケットがD-PHY層を通過してから、必要なデータレーンの数に分割されます。 D-PHYは高速モードで動作し、チャネルを介してパケットを受信機に送信します。
次に、CSI-2レシーバーには、パケットを抽出してデコードするためのD-PHY物理層が提供されます。 このプロセスは、効率的で低コストの実装を通じて、CSI-2デバイスからホストまでフレームごとに繰り返されます。
MIPI CSI-2インターフェースにより、統合が容易になり、将来にわたって利用できるようになります。 MIPIカメラモジュールは、NXP i.MX8、i.MX7、i.MX6、NVIDIAのJetson Nano™、JetsonXavier™NX、Jetson AGX Xavier™、Jetson™TX2、Jetson™TX2NX、Linux / Windows/Androidベースのシステムなどのプロセッサとインターフェースできます。
組み込みビジョンシステムのインターフェイスを選択する方法を知りたい場合は、記事「組み込みビジョンシステムに適切なインターフェイスを選択する方法」をご確認してください。.
組み込みビジョンにおける18年以上の経験と専門知識を備えたe-con Systemsは、すべての一般的な処理プラットフォームと互換性のある50を超えるMIPIカメラモジュールを構築しました。 詳細については、組み込みビジョンカメラのポートフォリオをご覧ください。
適切なカメラを製品に統合するためのヘルプをお探しですか？はいの場合は、camerasolutions@e-consystems.com. にご連絡ください。弊社のカメラの専門家が喜んでサポートします。
Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。