彻底比较工业设备用相机模组。UVC相机、IP相机、Wi-Fi相机、MIPI相机的利害得失是什么?

2023/11/22

NEW 文章 专栏

 工业设备等用组装相机模组的进步非常明显。除了分辨率和帧数提高以外,外形尺寸减小以及低成本、易于使用等方面的改善速度也非常之快。因此,除了用于工厂生产线上的检查/测定装置或监控相机以外,在机器人与无人机、医疗设备、POS终端、自动现金存取机(ATM)、和自动贩卖机等上也渐渐成为必备(图1)。
 
图1 具备相机功能的工业设备案例

 在工业设备上装置相机模组,能增加至今未有的新功能。例如,在自动贩卖机上装置相机模组,能从拍摄下来的使用者图像上取得性別、年龄等数据,从这些数据上就能调整出饮料最合适的产品阵容。也就是说能活用于获取市场数据上。今后,装置了相机模组的工业设备一定会继续增加。

选择项大致分为4类

 但要将相机模组组装到工业设备上虽说不是非常困难,但也有几个需要跨越的难关。工业设备厂商的工程师最先遇到的难关就是相机模组的选择。目前相机模组的选择项大致分为4类。具体来说,就是「UVC(USB视频类)相机」、「IP(因特网协议)相机」、「Wi-Fi(无线网络)相机」、「MIPI(移动产业处理器接口)相机」这4类(表1)。以下就这4类相机模组进行简单说明。
 
表1 工业设备用相机模组的选择项
 

① UVC相机

 UVC相机是通过USB线连接并使用的相机模组。在线上会议或动画发布等用途上,连接到电脑上使用的网络相机(WEB相机)大多是这种UVC相机。它的优点是易于使用。这是因为它基于UVC(USB视频类)标准,在电脑的OS上准备了驱动软件。用户仅需连接UVC相机,就可以在电脑画面上显像。因此,在组装至工业设备上时也不需要开发驱动软件。但它也有它的缺点。UVC相机本身就是最终成品,因此组装至工业设备上的相机模组外形尺寸会比较大,成本也会较高。

 

② IP相机

 IP相机是通过Ethernet(以太网)连接使用的相机模组。相机本身就带有IP地址,仅需连接至网络即可使用;所以也被称为网络相机。主要的用途有监控相机等,但也能组装至工业设备上。它的优点与UVC相机一样,主要是易于使用。在组装至产业设备时,也无需开发驱动软件。且它的连接距离可长达100m左右,这也是一个优点--即可用于远程监控。它的缺点与UVC相机一样,在于外形尺寸较大,成本较高。此外,由于它会将影像信号压缩后再传输,无法实现实时传输,会有数帧的影像延迟,这是另一个劣势。

 

③ Wi-Fi相机

 Wi-Fi相机的定位为上述IP相机的Wi-Fi(无线网络)版。因此,它能无线连接相机模组与影像显示器。这是它最大的优点。且它的连接距离能长达200m左右,并且易于使用。它的缺点也与IP相机一样,无法实时传输。且根据周围环境不同可能发生连接可能会中断,无线连接相对来说稳定性较差,在连接安全上令人担忧。此外,它作为组装至工业设备上的相机模组,外形尺寸也比较大,成本也较高。

 

④ MIPI相机

 MIPI相机是采用了连接智能手机等移动设备内部的相机与SoC、或是SoC与显示屏之间的传输规格「MIPI CSI-2」作为影像输出接口的相机模组。它的优点是由于其本身就是在移动设备内部使用的,因此外形尺寸小,成本也较低。此外,它还可以实现实时传输,且连接的稳定性也高。但它有两个缺点。一个是连接距离短,最多仅为30cm。因此无法用于相机模组与影像处理传感器距离较远的工业设备。另一个是在组装至工业设备上时,需要开发驱动软件,并且记述寄存器代码。与UVC相机和IP相机不同,它无法只需连接就能显像。
 但在连接距离上的缺点,只要使用适当的对策就能有所解决。具体来说,只要与THine Electronics的高速串行接口「V-by-One HS」组合使用即可(表1中の「⑤MIPI相机+V-by-One HS」)。这能使连接距离延长至15m左右(图2)。而且,这一组合基本不会造成别的缺失。硬要说的话,最多也就是零件成本和开发成本会略有增加。其外形尺寸小和连接稳定的优点能继续保持。
图2 MIPI相机与V-by-One HS的组合

 与V-by-One HS组合使用会增加的开发成本,只要使用提供的「MIPI相机SerDes入门套件」就基本可以无视。这一入门套件里除了包含MIPI CSI-2信号传输接收必要的整套软件以外,还提供能自动生成寄存器代码的GUI(图形用户界面)工具。

根据用途不同最合适的相机也不同

 「哪种相机模组最适用于你开发的工业设备呢?」。其实,能完美适用于所有工业设备的相机模组是不存在的。也就是说,最合适的相机模组是根据工业设备的不同变化的。因此要多方考量组装目标的工业设备其特性,来选择最合适的相机模组。以下,我们设想了5种使用情况,来与大家一起思考哪种相机模组最为合适。

 

●验证想出的新点子时适用UVC相机

 在工业设备上安装相机模组,用AI(人工智能)对拍摄的影像进行图像识别,应该能生成新的功能。比如某天你突然想到了这样的新点子,那要验证这个点子,也就是进行PoC(概念证明)就必须尽快。这时,采用易于使用的UVC相机是最合适的。只需要通过USB线连接就能马上取得影像信号,马上开始新点子的验证。

 

●实装空间有限的工业设备上适用MIPI相机

 如果在已完成的工业设备上再安装相机模组,很多时候会几乎没有实装空间。例如在自动贩卖机或生产线用检查/测定装置等安装时。此时无法采用外形尺寸较大的UVC相机或IP相机。这时原本就是为了在移动设备上使用而开发的MIPI相机就是最合适的了。MIPI的相机模组外形尺寸只需20mm×20mm左右,可在极为有限的空间内进行实装。
 但在工业设备上后装时,有时会与图像处理传感器的距离较远。MIPI相机模组的传输距离最长也只有30cm,基本是不够用的。此时,如与高速串行接口V-by-One HS组合使用,就能解决问题。因为其传输距离能延长至大约15m。

 

●影像信号的传输距离超过100m时适用IP相机

有些工业设备,拍摄影像的地方与影像处理的地方离得很远。例如演唱会等上放置的播放设备、或是要将在海中拍摄的影像传输回船上的海中相机系统等。这些时候要求的传输距离会超过100m。UVC相机或MIPI相机+V-by-One HS都无法对应。因此,此时IP相机为最优解。

 

●线缆处理比较困难时适用Wi-Fi相机或MIPI相机+V-by-One HS

 在工业设备上安装相机模组,有时线缆处理也会成为问题。例如需要在机械构造复杂的工业设备内部排设线缆时。如果线还很粗就更难了。这时若能尽量使用较细较少的线,处理起来就会简单很多。这里的最优解是MIPI相机+V-by-One HS。V-by-One HS是串行接口,只需数量很少的线就能进行影像信号的传输。当然,如果外形尺寸和成本允许的话,也可以使用Wi-Fi相机。因其本身就不需要排线,自然也无需处理线缆问题。

 

●需要连接单独销售(option)相机时适用UVC相机

 POS终端等业务用设备有时会将单独销售(option)的相机连接至终端本体上。这是为了应对在购入终端后,需要读取二维码的时候。此时,需要用户购入相机后自行将其连接至终端本体后使用。因此最重要的一点就是必须很简单就能连接,因此此时的最优解就是UVC相机。


以上

注意:文中涉及的各个企业名称、产品名称等都是其各自所有者的商标或注册商标。

客户咨询方式

前海赛恩电子(深圳)有限公司 营业部(请点击此处进行咨询)

Interface to the Future - Solution by Smart Connectivity -