Da MIPI CSI-2 a USB 3.0

La larghezza di banda è uno dei fattori più decisivi nei sistemi di visione incorporati, poiché rappresenta il collo di bottiglia del sistema. La larghezza di banda necessaria dipende dalla risoluzione, dalla profondità di colore e dalla frequenza dei fotogrammi. Più alta è la larghezza di banda, più velocemente i dati possono essere acquisiti, elaborati e analizzati. Se è troppo bassa, il sistema vede il mondo in modo pixelato, troppo lento o con un ritardo.

La latenza descrive il tempo che intercorre tra l'attivazione della telecamera e l'arrivo dei dati di immagine per l'elaborazione. Una latenza deterministica costituisce la base per la capacità in tempo reale dei sistemi di visione incorporati.

La distanza che il segnale può coprire senza perdite varia a seconda dell'interfaccia. Le lunghezze possibili sono inferiori a 30 cm per il cavo a nastro per MIPI CSI-2 e fino a 100 m per i cavi Ethernet per GigE o 5GigE.

La scalabilità è la capacità di un sistema di crescere con l'aumentare dei requisiti senza dover riprogettare l'intera architettura. Ciò può significare la possibilità di integrare nel sistema un numero maggiore di telecamere o di aumentare i requisiti di qualità delle immagini.

I costi del sistema variano perché, ad esempio, sono necessari cavi o licenze speciali o perché variano i costi di sviluppo e integrazione. Anche la disponibilità a lungo termine dei componenti è un fattore di costo.

• Larghezza di banda calcolata in modo troppo stretto: spesso si moltiplica solo la risoluzione nominale per la frequenza dei fotogrammi. Fattori come la profondità di colore, le modalità di attivazione o le riserve di prestazioni future non vengono presi in considerazione. Il risultato è che l'interfaccia lavora costantemente al limite o diventa un collo di bottiglia già durante gli aggiornamenti del prodotto.

• Ambiente EMC sottovalutato: Soprattutto nelle applicazioni industriali o mobili, le interferenze elettromagnetiche portano a trasmissioni instabili se l'interfaccia scelta non è sufficientemente robusta. Le soluzioni altamente integrate a livello di scheda, come MIPI CSI-2, sono progettate per percorsi di trasmissione brevi, non per ambienti difficili con cavi lunghi.

• La lunghezza dei cavi non è stata definita in anticipo: Può accadere che in ritardo nel progetto ci si renda conto che è necessario collegare diversi metri tra il sensore e l'unità di elaborazione o che diverse telecamere devono essere sincronizzate. In questo caso, quella che prima era un'interfaccia adeguata potrebbe non essere più sufficiente. Tecnologie come GigE o GMSL offrono maggiori gradi di libertà rispetto alle interfacce a livello di scheda.

• Scalabilità non presa in considerazione: Ciò che inizia come un sistema a telecamera singola spesso si trasforma in un'architettura a più telecamere. La mancanza di meccanismi di sincronizzazione, le risorse limitate dell'host o la mancanza di standardizzazione possono rendere necessario un adattamento del sistema. È bene considerare l'espandibilità fin dalle prime fasi.

• Sforzo di integrazione sottovalutato: Non tutte le interfacce sono dotate di un ecosistema software maturo o di driver standardizzati. Mentre gli standard consolidati come USB3 Vision o GigE Vision beneficiano di un ampio supporto di strumenti, le soluzioni proprietarie o altamente specializzate possono comportare un ulteriore sforzo di sviluppo, soprattutto per quanto riguarda la convalida e la manutenzione.

• Lasciare che sia l'architettura a decidere invece dei requisiti: Spesso si sceglie un'interfaccia perché è già nota all'azienda. Tuttavia, ogni applicazione di visione incorporata ha i propri requisiti in termini di velocità di trasmissione dei dati, latenza, robustezza, ecc. L'interfaccia dovrebbe essere il risultato di un'analisi dei requisiti, non il punto di partenza.

Conclusione: Analisi strutturata del sistema per selezionare l'interfaccia della vostra applicazione embedded

Quando si sceglie un'interfaccia per applicazioni di visione embedded, non esiste una soluzione universale. Il fattore decisivo è l'interfaccia tecnicamente adatta ed economicamente valida per l'applicazione specifica. È necessario valutare fattori quali la larghezza di banda, la latenza, la lunghezza dei cavi e i costi di integrazione.

Una matrice decisionale strutturata che tenga conto di criteri tecnici ed economici porta a una decisione affidabile. A tal fine è importante un'analisi precoce dell'architettura del sistema. Definire dove avverrà l'elaborazione delle immagini, quale scala è prevista e quali condizioni ambientali si applicano durante la fase concettuale crea sicurezza nella pianificazione ed evita aggiustamenti costosi più avanti nel progetto.