Dalam dunia sistem penglihatan tertanam, antarmuka kamera adalah sirkuit saraf yang menghubungkan sensor gambar ke inti pemrosesan, menentukan bagaimana data ditransmisikan secara efisien dan andal.
Dalam perangkat tertanam saat ini, pilihan antarmuka kamera memiliki dampak penting pada kinerja, konsumsi daya, dan biaya dari seluruh sistem penglihatan.dari pengujian industri untuk pencitraan medis, skenario aplikasi yang berbeda membutuhkan solusi antarmuka yang berbeda.
MIPI CSI-2 saat ini adalah standar antarmuka kamera yang paling populer di perangkat mobile dan embedded.Kemampuan transmisi data yang efisien dan konsumsi daya yang rendah membuatnya menjadi pilihan yang disukai untuk sebagian besar perangkat pintar.

01 Ringkasan dan Sejarah Pengembangan Antarmuka

Perkembangan teknologi antarmuka kamera tertanam telah mengalami proses evolusi dari analog ke digital, dan dari kecepatan rendah ke kecepatan tinggi.Perangkat tertanam awal terutama menggunakan antarmuka analog seperti CVBS, tetapi karena permintaan untuk pemrosesan gambar digital tumbuh, antarmuka digital secara bertahap menjadi arus utama.
Pada akhir 1990-an, antarmuka digital paralel menjadi populer, dan kemudian, untuk memenuhi permintaan resolusi dan frame rate yang lebih tinggi, antarmuka serial berkecepatan tinggi muncul.Aliansi MIPI merilis standar CSI-2 pada tahun 2005, yang sekarang telah menjadi standar industri de facto.
Saat ini, antarmuka arus utama termasuk MIPI CSI-2, DVP, USB, dan LVDS. Setiap antarmuka memiliki skenario aplikasi spesifik sendiri dan keuntungan dan kerugian.Memahami karakteristik dan perbedaan antarmuka ini sangat penting untuk merancang sistem penglihatan tertanam.

02 Antarmuka MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 (Camera Serial Interface 2) adalah standar antarmuka serial kamera yang dikembangkan oleh Mobile Industry Processor Interface Alliance dan sekarang banyak digunakan di berbagai perangkat tertanam.
CSI-2 menggunakan arsitektur berlapis: lapisan fisik (PHY) menggunakan protokol D-PHY atau C-PHY, lapisan tautan data menyediakan pemformatan paket dan deteksi kesalahan,dan lapisan aplikasi menangani pemetaan piksel-ke-byte.
Antarmuka ini mendukung beberapa jenis data: data video, sinyal sinkronisasi, data tertanam, dan data yang didefinisikan pengguna.Sifat multi-saluran memungkinkan transmisi paralel melalui beberapa saluran data untuk meningkatkan bandwidth.
Keuntungan utama CSI-2 termasuk bandwidth tinggi (hingga 6 Gbps / channel), konsumsi daya rendah, kemampuan anti-interferensi yang kuat, dan jumlah pin yang kecil.Kekurangannya adalah protokol yang kompleks, kebutuhan untuk penerima khusus, dan kesulitan relatif debugging.

03 Antarmuka paralel DVP

DVP (Digital Video Port) adalah antarmuka video digital paralel tradisional yang menggunakan bus data 8/10/12/16-bit,bersama dengan sinyal sinkronisasi horizontal dan vertikal dan jam piksel untuk transmisi data.
Antarmuka DVP memiliki struktur sederhana: bus data (DATA), jam piksel (PCLK), sinkronisasi horizontal (HSYNC), sinkronisasi vertikal (VSYNC), dan beberapa sinyal kontrol.Transmisi data dipicu oleh tepi jam piksel.
Keuntungan dari antarmuka ini adalah protokol yang sederhana, kemudahan implementasi dan debugging, dan kurangnya penerima khusus, yang memungkinkan koneksi langsung ke MCU tujuan umum.Kelemahannya termasuk sejumlah besar pin, jarak transmisi pendek, rentan terhadap gangguan, dan bandwidth terbatas.
DVP cocok untuk resolusi rendah, aplikasi frame rate rendah, seperti pengawasan sederhana dan peralatan pemindaian entry-level.

04 USB Video Interface

Antarmuka kamera USB terutama digunakan untuk terhubung ke perangkat host.Ini mematuhi standar UVC (USB Video Class) dan bekerja dengan baik pada sebagian besar sistem operasi tanpa menginstal driver khusus.
Ada beberapa versi antarmuka USB: USB 2.0 menawarkan 480Mbps bandwidth, USB 3.0 meningkat menjadi 5Gbps, dan terbaru USB4 mencapai hingga 40Gbps.Versi berikutnya mendukung resolusi dan frame rate yang lebih tinggi.
Keuntungan dari antarmuka ini adalah serbaguna, mudah hot-swappability, dan dukungan untuk transmisi jarak jauh (melalui kabel ekstensi).Kekurangannya adalah konsumsi daya tinggi dan latensi tinggi, sehingga tidak cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kinerja waktu nyata yang sangat tinggi.
Kamera USB banyak digunakan dalam perangkat periferal PC, sistem konferensi video, pengawasan konsumen, dan bidang lainnya, menawarkan salah satu cara termudah untuk terhubung ke perangkat host.

05 Antarmuka Khusus Lainnya

Antarmuka LVDS (Low Voltage Differential Signaling) menggunakan sinyal diferensial, menawarkan kekebalan interferensi yang kuat, dan cocok untuk transmisi jarak jauh.Hal ini umumnya digunakan dalam kamera industri dan kamera otomotif.
antarmuka GigE (Gigabit Ethernet) mentransmisikan data video melalui Ethernet, mendukung transmisi jarak jauh (hingga 100 meter),membuatnya cocok untuk sistem penglihatan mesin industri dan sistem pengawasan skala besar. Camera Link adalah antarmuka kecepatan tinggi yang dirancang khusus untuk penglihatan industri, menawarkan bandwidth hingga 7Gbps.Hal ini relatif mahal dan terutama digunakan dalam peralatan inspeksi industri kelas atas.

06 Pertimbangan Pemilihan Antarmuka

Ketika memilih antarmuka kamera, pertimbangkan beberapa faktor: persyaratan bandwidth (resolusi × frame rate × kedalaman warna), batasan konsumsi daya, jarak transmisi, kompleksitas sistem,dan anggaran biaya.
Untuk perangkat seluler, MIPI CSI-2 lebih disukai karena konsumsi daya rendah dan efisiensi tinggi.Untuk koneksi PC, USB cocok.Untuk lingkungan industri, pertimbangkan GigE atau Camera Link.
Kompatibilitas juga merupakan pertimbangan utama: dukungan antarmuka prosesor, kekayaan ekosistem perangkat lunak, dan ketersediaan sumber daya pengembangan semuanya mempengaruhi keputusan pemilihan antarmuka.

07 Contoh Aplikasi Praktis

Dalam smartphone, MIPI CSI-2 adalah arus utama mutlak. Sistem multi-kamera terhubung ke prosesor melalui antarmuka CSI-2, berbagi saluran data.
Papan pengembangan seperti Raspberry Pi menawarkan antarmuka CSI-2 dan DVP. CSI-2 digunakan untuk terhubung ke modul kamera berkinerja tinggi, sementara DVP kompatibel dengan sensor sederhana.
Kamera otomotif biasanya menggunakan LVDS atau Ethernet otomotif khusus karena mereka membutuhkan transmisi jarak jauh dan kekebalan interferensi yang lebih baik.
Peralatan inspeksi industri memilih antarmuka GigE atau Camera Link berdasarkan persyaratan kecepatan.sementara yang terakhir memenuhi persyaratan kecepatan tinggi dan presisi tinggi.

08 Tren Perkembangan Masa Depan

Teknologi antarmuka kamera berkembang menuju kecepatan yang lebih tinggi, konsumsi daya yang lebih rendah, dan kesederhanaan yang lebih besar.memberikan bandwidth yang lebih tinggi dan efisiensi daya yang lebih baik.
Teknologi interkoneksi yang muncul seperti Compute Express Link (CXL) juga dapat berdampak pada bidang antarmuka kamera di masa depan, menawarkan solusi konektivitas latensi yang lebih rendah dan bandwidth yang lebih tinggi.Antarmuka kamera nirkabel juga berkembang.Misalnya, teknologi WiFi 6 dan 5G memungkinkan transmisi video nirkabel definisi tinggi,menyediakan solusi baru untuk drone dan perangkat VR/AR.

Ketika sebuah perusahaan rumah pintar mengembangkan kamera doorbell baru, awalnya memilih antarmuka DVP untuk mengurangi biaya, tetapi menemukan bahwa latensi video parah dan pengalaman pengguna buruk.

Setelah beralih keMIPI CSI-2, sementara biayanya meningkat sedikit, kelancaran video meningkat secara signifikan dan menerima ulasan pasar yang positif.Studi kasus ini menggambarkan dampak kritis dari pemilihan antarmuka pada kinerja produk.

Singkatnya, memilih antarmuka kamera tertanam yang tepat membutuhkan keseimbangan antara kinerja, konsumsi daya, biaya, dan kompleksitas.Memahami karakteristik teknis dan skenario yang berlaku dari berbagai antarmuka sangat penting untuk membuat pilihan terbaik untuk aplikasi tertentu.

Keputusan teknis seharusnya tidak didasarkan hanya pada satu parameter; sebaliknya, mereka harus secara komprehensif mempertimbangkan persyaratan sistem, sumber daya pengembangan,dan posisi produk untuk memilih saluran transmisi visual yang paling tepat.