AMR(자율 이동 로봇), 스마트 시그너처, 바코드 스캔 장치, 감시 시스템, 산업용 핸드헬드 등은 기업이 운영하고 사람들과 연결하는 방식을 바꾸고 있습니다. 그리고 임베디드 비전 카메라는 이러한 장치들이 주변 환경을 ‘보는’ 중요한 역할을 합니다. 카메라는 소중한 영상 및 이미지 데이터를 생성하면서 대상 장면에서 객체를 식별, 관찰 및 분석하는 데 도움을 줍니다. 이러한 영상 스트리밍 애플리케이션은 임베디드 장치의 나머지 구성 요소들과 쉽게 통합할 수 있는 고대역폭 및 고품질 카메라 모듈을 구비해야 합니다.
임베디드 비전에 사용되는 다양한 카메라 유형 중 UVC 호환 USB 카메라는 대역폭, 신뢰성 및 통합의 용이성으로 인해 많은 애플리케이션에 적합한 선택으로 강력하게 부상했습니다. 생체 인식 및 출입 통제 시스템, 문서 스캐너, 공항 키오스크 및 디지털 간판, 피부 스캐너, 텔레프레즌스 로봇 등과 같은 임베디드 비전 장치에 전원을 공급합니다. USB UVC 카메라가 무엇인지, 작동 원리, USB3 카메라와 USB2 카메라의 주요 차이점을 오늘 블로그를 통해 알아보겠습니다. 또한 USB 3.0 인터페이스와 MIPI 및 GMSL 인터페이스를 간단히 비교해 보겠습니다.
UVC 카메라란 무엇입니까?
UVC 카메라 (USB 영상 클래스)는 표준 영상 스트리밍 기능을 통합하여 호스트 시스템과 원활하게 연결되는 USB 전원 장치입니다. USB 장치의 기능을 설명하는 데 사용되는 데이터 구조인 표준 및 클래스별 설명자가 있습니다. USB 영상 클래스 사양의 최신 버전은 UVC 1.5입니다. 모든 클래스별 영상 컨트롤(VC) 장치/단자 디스크립터가 호스트에게 영상 기능을 완벽하게 설명합니다.
USB 영상 클래스 애플리케이션 블록 다이어그램은 다음과 같습니다:
UVC 카메라의 주요 이점
USB UVC 카메라가 임베디드 비전 애플리케이션에 사용되는 가장 인기 있는 카메라 유형 중 하나인 이유는 놀라운 일이 아닙니다. 임베디드 비전 장치에 UVC 카메라를 사용할 때 얻을 수 있는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다:
- YUV, MJPEG, MPEG-2 TS, H.264, DV 등 여러 영상 형식을 지원합니다.
- 시스템 제공 드라이버와 자동으로 작동하므로 외부 드라이버가 필요하지 않습니다.
- 내장된 일반 클래스 드라이버를 활용하여 영상 기능을 제어합니다.
- 다양한 영상 해상도, 형식 및 프레임 속도를 지원할 수 있는 더 큰 유연성을 보장하여 장치와 호스트 간의 대역폭 협상에 영향을 미칩니다.
USB 카메라의 최대 이론적 대역폭
임베디드 비전 애플리케이션은 해상도와 프레임 속도 면에서 점점 까다로워지면서 USB 카메라는 더 높은 성능 요구사항을 충족하기 위해 시간이 지남에 따라 발전해야 했습니다. 이로 인해 새 버전이 출시될 때마다 대역폭이 증가했습니다. 아래 표는 USB 버전과 해당 대역폭 면에서 발전한 모습을 보여줍니다:
| USB 1.0 | 1.5Mbps 저속 |
| 12Mbps 최대 속도 | |
| USB 2.0 | 480Mbps 고속 |
| USB 3.0 | 5Gbps 초고속 |
| USB 3.1 | 10Gbps 초고속+ |
| USB 3.2 | 20Gbps 초고속 |
| USB 4 | 40 Gbps |
표 1: 여러 세대에 걸친 USB의 이론적 최대 대역폭
다양한 USB 릴리즈의 업데이트된 명명 규칙
USB 인터페이스가 발전함에 따라 여러 릴리스에 걸쳐 명명 규칙에도 변화가 있었습니다. PFB의 세부 내용:
- USB 3.0은 이제 USB 3.2 Gen 1(초고속 USB)로 최대 처리량은 5Gbps입니다.
- USB 3.1은 이제 USB 3.2 Gen 2×1(초고속 + USB 10Gbps)로 최대 처리량은 10Gbps입니다.
- USB 3.2는 이제 USB 3.2 Gen 2×2(초고속 + USB 20Gbps)로 최대 처리량은 20Gbps입니다.
USB 2.0 카메라 대 USB 3.0 카메라
- 대역폭 제한이 있는 HD 영상.
- 이미지 품질 저하.
- 값비싼 압축 구성 요소.
- 소형 폼팩터 카메라 설계 부족.
- 추가적인 엔지니어링 노력과 설계 시간.
그러나 USB 3.0 카메라로 업그레이드하면 이 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 두 아래 표를 참조하면 두 인터페이스의 주요 차이점을 이해하기 쉽습니다:
| 비교모수 | USB 2.0 | USB 3.0 |
| 고속 USB | 초고속 USB | |
| 대역폭 | 480 Mbps | 5 Gbps |
| 압축 | USB 2.0의 HD 영상 압축 필요, 화질 저하 | USB 3.0으로 압축 없이 HD 영상 가능 |
| 현재의 | USB 2.0으로 500mA 제공 | USB 3.0으로 900mA 제공 |
| 의사소통 | 단방향 통신 | 양방향 통신 |
| 전선수 | 네개 | 아홉개 |
표 2: USB 2.0 대 USB 3.0
간단히 말해, USB 3.0은 USB 2.0보다 10배 더 빠르게 작동하고 USB 2.0보다 버스 전원 장치에 1.8배 더 많은 전력을 분배합니다. USB 2.0과도 역호환됩니다.
오늘날 새로운 시대 애플리케이션의 증가하는 요구 사항을 충족하기 위해 MIPI CSI-2 , GMSL 및 GigE 와 같은 다른 인터페이스가 사용됩니다 . USB 3.0, MIPI CSI-2 및 GMSL 인터페이스 간의 유사점과 차이점도 알아 보겠습니다.
| Features | USB 3.0 | GMSL | MIPI CSI-2 |
| /대역폭 | 5 Gbps | 6 Gbps | 5 Gbps |
| 케이블길이 | <5m | 15m | <30cm |
| 공간요구사항 | 저속 | 저속 | 고속 |
| 플러그 앤 플레이 | 지원됨 | 지원되지 않음 | 지원되지 않음 |
| 개발비용 | 고석 | 중속에서 저속 | 중속에서 저속 |
표 3: USB 3.0 대 GMSL 대 MIPI CSI-2
USB 카메라, MIPI 카메라 및 GMSL 카메라의 차이점을 이해하려면 아래 기사를 살펴보는 것이 좋습니다:
MIPI 카메라란 무엇입니까 ? MIPI 카메라는 어떻게 작동할까요? MIPI 카메라에 대해 자세히 알고 싶다면 이 기사를도 읽을 수 있습니다.
e-con Systems에서 개발한 USB 2.0 및 USB 3.0 카메라
e-con Systems는 세계 최고 수준의 USB 2.0 및 USB 3.0 카메라 솔루션을 개발 및 배포한 업계 선두업체이며, UVC 호환 카메라를 출시한 세계 최초의 회사이기도 합니다. 당사의 USB UVC 카메라는 품질과 성능을 저하시키지 않으면서 모든 이미징 요구에 맞게 사용자 정의할 수 있습니다. 아래 링크를 방문하여 USB 2.0 및 USB 3.0 카메라의 전체 포트폴리오를 살펴보시기 바랍니다:
카메라 셀렉터 페이지를 방문하여 MIPI, GMSL, 병렬 카메라를 포함한 e-con의 전체 카메라 포트폴리오를 확인할 수도 있습니다.
이 블로그가 UVC카메라와 UVC카메라의 기능을 파악하는 데에 도움이 되셨기를 바랍니다. USB 카메라를 장치에 통합하는 데 도움이 필요한 경우 camerasolutions@e-consystems.com 로 문의하시길 바랍니다 .
Prabu는 e-con Systems의 최고 기술 책임자이자 카메라 제품 책임자이며 임베디드 비전 분야에서 15년 이상의 풍부한 경험을 갖고 있습니다. 그는 USB 카메라, 임베디드 비전 카메라, 비전 알고리즘 및 FPGA에 대한 깊은 지식을 제공합니다. 그는 의료, 산업, 농업, 소매, 생체 인식 등 다양한 분야에 걸쳐 50개 이상의 카메라 솔루션을 구축했습니다. 그는 또한 장치 드라이버 개발 및 BSP 개발에 대한 전문 지식을 갖추고 있습니다. 현재 Prabu의 초점은 새로운 시대의 AI 기반 애플리케이션을 지원하는 스마트 카메라 솔루션을 구축하는 것입니다.