VC-MIPI-Kameramodule und FPC-Kabel

VC-MIPI-Kameramodule und eigens entwickelte FPC-Kabel ermöglichen den Transfer großer Datenvolumen zwischen Sensor und CPU-Board Vision Components

Ursprünglich hat die MIPI Alliance die Schnittstellen für Mobilgeräte aus dem Consumer-Bereich definiert. Aufgrund seiner geringen Stromaufnahme ist der MIPI-Standard auch für Wearables wie Datenbrillen geeignet und kommt daher für Gestensteuerung, Augmented Reality und Virtual Reality zum Einsatz. Nicht zuletzt profitieren Multimediaanwendungen von der einfachen Einbindung mehrerer Kameras und Displays. Zu dieser Liste an Vorzügen kommen geringe Latenzzeiten und geringe Kosten je Schnittstelle hinzu.

Vorteile auch für die Industrie interessant

Zubehör zu den MIPI-Kamermodulen wie geschirmte Kabel für hohe Bandbreiten und ein Repeater-Board mit integrierter Triggerschnittstelle

Vision Components entwickelt zu den Kameramodulen auch Zubehör wie geschirmte Kabel für hohe Bandbreiten und ein Repeater-Board mit integrierter Triggerschnittstelle Vision Components

Natürlich können auch industrielle Applikationen von all diesen Eigenschaften profitieren – unabhängig davon, ob geringe oder große Auflösungen und Bildraten gefordert sind. Die Nachfrage ist gegeben und diverse Hersteller bringen MIPI-Bildsensoren für maschinelles Sehen auf den Markt. Einsatz finden diese überall, wo Bildverarbeitungstechnik in der Automatisierung eingesetzt wird: Inspektion, Qualitätskontrolle, Vollständigkeitskontrolle, Vermessung, 3D-Lasertriangulation, Positionierung, Codeleser, Passermarkenerkennung, Fertigungsanlagenüberwachung an schwer zugänglichen Stellen sowie VGR (Vision-Guided Robotics). Zu den Zielanwendungen zählen insbesondere solche mit vielen Vision-Sensoren oder großen Stückzahlen.

Raspberry Pi-Steckerkonzept für freie CPU-Wahl

Schaltbild der VC-MIPI-Kameramodule

Schaltbild der VC-MIPI-Kameramodule Vision Components

In den letzten zwei bis drei Jahren sind einige wenige Anbieter mit MIPI-Kameras und -Kameraplatinen auf den Markt getreten. Unter diesen verfügt Vision Components als Hersteller von Hightech-MIPI-Kameraplatinen über eine große Sensorvielfalt samt Zubehör. Die Idee hinter den MIPI-Kameraplatinen besteht darin, Kunden eine möglichst flexible Lösung anzubieten. Das Unternehmen hat daher die von den meisten CPU-Boards unterstützte Spezifikation MIPI CSI-2­ und das am weitesten verbreitete Steckerkonzept gewählt: das des Raspberry Pi, welches von diversen Herstellern von Einplatinencomputer übernommen wurde. Damit lassen sich die MIPI-Kameramodule an über 20 Kleinstcomputer anschließen. Für industrielle Anwendungen besonders interessant sind unter anderem die Modelle Jetson und DragonBoard von Nvidia. Hier sind die Langzeitverfügbarkeit und somit die Investitionssicherheit gewährleistet. Die VC-MIPI-Platinen sind auch mit allen Raspberry-Pi-Modellen kompatibel, einschließlich des neuen Raspberry Pi 4 Model B und des Compute Modules, das wiederum ebenfalls für industrielle Anforderungen entwickelt wurde. Das Compute Module ist eine Steckkarte, die in ein I/O-Board von Raspberry Pi mit zahlreichen GPIOs passt, die aber auch in andere Carrier Boards eingepasst werden kann. So lassen sich kundenspezifische Schnittstellen umsetzen. Zudem bietet das Compute Module zwei MIPI-Kameraschnittstellen, eignet sich also auch für die Stereo-Bildverarbeitung oder für Mehrkamera-Anwendungen.
Auch Carrier Boards und Schnittstellenerweiterungen gehören zum Portfolio. So sind OEMs in der Lage, Vision-Konzepte flexibel nach ihren eigenen Vorstellungen zu entwickeln. Für Bastler aus der Maker-Szene, die bereits die Arbeit mit einem Raspi gewöhnt sind, wird der Übergang zur Erstellung von Machine-Vision-, IoT- und KI-Systemen stark erleichtert. Außerdem können solche Embedded-Vision-Konfigurationen Entwicklungsprozesse abkürzen, weil sie sich nicht nur für Testkonzepte und Prototypen eignen, sondern mitunter ohne markante Änderungen in die Serienfertigung überführt werden.

Vision Components auf der embedded world 2020

Sortiment an integrierten Embedded-Vision-Systemen von Vision Components

Vision Components präsentiert auf der embedded world neben MIPI-Kameramodulen auch sein Sortiment an integrierten Embedded-Vision-Systemen. Vision Components

Auf der embedded world präsentiert der Hersteller in Halle 2, Stand 444 neben seinen MIPI-Platinen auch seine Embedded-Vision-Systeme mit integriertem Xilinx Synq SoC und die nächste Generation mit Quad-Core-Snapdragon-Prozessor. Diese Platinenkameras, Standalone-Kameras und 3D-Profilsensoren führen autonom und vollautomatisch Bildverarbeitungsroutinen aus, ohne externen Computer. Zudem hält Jan-Erik Schmitt, Geschäftsführer Vertrieb, auf der embedded world Conference, am 27. Februar 2020 um 14 Uhr den Vortrag „MIPI Cameras: New Standard for Embedded Vision.“

Trägerplatinen mit MIPI-Anschluss

Auswahl an Platinen

MIPI-Modul: Eine robuste, hochwertige Platine und diverse Bildsensoren zur Auswahl. Vision Components

Zum Thema Sensoreinbindung sagt Jan-Erik Schmitt, Geschäftsführer Vertrieb bei Vision Components: „Unsere MIPI-Platinen gestalten wir so, dass sie mit hoher Wiederholbarkeit industriell verarbeitet werden können.“ So enthalten die achtlagigen Platinen der VC-MIPI-Kameras vorgefertigte Befestigungsbohrungen und Präzisionspassungen für Passstifte und lassen sich daher einfach und wiederholbar weiterverarbeiten. Die Sensoren sind je nach Wärme­entwicklung in einen Keramik-LGA-Chip eingefasst. Für die Wärmeableitung ist der Chip auf einer ­Kupferfläche mit Kantenmetallisierung platziert. Durch dieses Konzept sind die Sensoren außerdem extrem rauscharm.

Vision Components bietet zehn unterschiedliche Sensoren und fertigt Trägerplatinen mit MIPI-Anschluss auch für Bildsensoren, die von Haus aus keine MIPI-Schnittstelle haben. Beispiele für solche nicht-nativen MIPI-Sensoren sind Sony Pregius IMX250 und IMX252, die sich wie alle Sensoren aus der Pregius-Serie durch ein minimales Ausleserauschen und exzellente Lichtempfindlichkeit auszeichnen. Diese werden auf speziell entwickelten Adapterplatinen platziert, die mit 23,5 mm Seitenlänge dieselben Abmaße wie die Standard-MIPI-Platine haben und das ganze Paket lediglich 3 mm dicker machen. Das Sortiment umfasst Sensoren mit Global Shutter und Rolling Shutter mit Auflösungen bis 20 MP sowie Global-Reset-Shutter-Sensoren, die zu einem günstigeren Preis die Funktionalität eines Global-Shutter-Sensors bieten.

Auf der Rückseite der Platinen befindet sich ein Steckplatz für ein 22-poliges Flexprint-Kabel. Die Schnittstelle ermöglicht das direkte Triggern der Sensoren. „Zudem haben wir Kabel entwickelt, die die volle MIPI-Übertragungsrate unterstützen“, ergänzt Jan-Erik Schmitt. Für längere Übertragungswege gibt es eine Repeater-Platine mit zusätzlichen Schnitt­stellen. Für die häufigsten Hardwarekombinationen hat der Anbieter stabile Treiber entwickelt und arbeitet an weiteren.

Reichweitenproblem gelöst

Die geschirmten VC-MIPI-Kabel sind besser als die Alternative von Raspberry Pi, bei der wegen der fehlenden Schirmung die Übertragungsrate gedrosselt werden musste. Die FPC-Kabel (Flexible Printed Circuit = gedruckte Leiterplatte) von Vision Components haben eine vollflächig geschirmte Rückseite und 100-Ω-differenzielle Leiterbahnpaare. Es gibt sie zur Anbindung an 15-polige Stecker (zwei Lanes) und 22-polige Stecker (vier Lanes). Diese Konfiguration ermöglicht es, die hohen Übertragungsgeschwindigkeiten des MIPI-CSI-2-Standards voll auszunutzen. Die meisten Prozessoren können 1,5 Gbps pro Lane verarbeiten. Das bedeutet bei vier Lanes typische Übertragungsraten von 6 Gbps beziehungsweise bei 10 Bit Pixelauflösung 600 MByte/s – doppelt so viel wie USB3-Kameras.

Die relativ kurze Reichweite des MIPI-Standards rührt aus seiner Herkunft aus der Handyindustrie. Um die Flexibilität für OEM-Vision-Designs zu erhöhen, bietet Vision Components zu seinen 200-mm-Kabeln Repeater-Module an, die das Signal bis zu fünfmal verstärken, was die Übertragungsdistanz auf über 1 m verlängert. Das Repeater-Modul verfügt auch über eine Triggerschnittstelle (Bildtriggereingang/Blitztriggerausgang) und eignet sich daher zum Einsatz mit CPU-Boards ohne entsprechende Schnittstellen. Darüber hinaus bietet das Unternehmen u. a. Objektivhalter, Filterscheiben, kundenspezifische Carrier Boards sowie das VC MIPI 96 Adapter Board, ein Standard CSI & Ethernet Adapter Board, mit dem sich aus einem MIPI-Kameramodul und einem 96Board eine Embedded-Kamera erstellen lässt.

 

Im Video: VC MIPI Kameramodule & Zubehör