USB부터 MPI CSI-2까지
임베디드 비전 어플리케이션에 적합한 인터페이스
적절한 인터페이스를 선택하는 것은 임베디드 비전 시스템의 성능 구현을 위해 매우 중요합니다. 인터페이스의 종류는 시스템의 데이터 전송, 이미지 품질 및 전반적인 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 문서에서는 특정 비전 어플리케이션에 적합한 인터페이스가 무엇인지 알아봅니다.
임베디드 비전 어플리케이션을 위한 MIPI CSI-2 인터페이스
이 백서는 이임베디드 비전 인터페이스의 중요성과 주요 특징에 대한 포괄적인 인사이트를 제공합니다.
MIPI는 무엇을 의미합니까?
MIPI CSI-2는 무엇을 정의하고, 무엇을 포함하지 않을까요?
MIPI CSI-2 인터페이스의 장점은 무엇입니까?
MIPI CSI-2를 사용할 때 어떤 어려움이 발생할 수 있습니까?
임베디드 비전 시스템 구현의 핵심 요소
비전 프로젝트를 구현하면서 생산 비용도 절감하고 싶으신가요? 그렇다면 임베디드 비전 모듈이 포함된 구성이 이상적인 솔루션을 제공합니다.
작지만 강력한 성능 – 프로세서 보드
임베디드 비전 시스템은 가장 큰 특징은 컴팩트한 크기입니다. 따라서 드론, 로봇, 스마트폰, 카메라와 같은 소형 디바이스에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이 기술을 이렇게 작은 크기로 구현할 수 있는 비결은 시스템 온칩(SoC)을 사용하는 소형 임베디드 프로세서 보드입니다. SoC는 컴퓨터의 핵심 요소가 포함된 전자 부품으로 SoC의 통합 그래픽 장치는 특히 이미지 처리 작업에 매우 적합합니다.
일반적으로 SoC의 성능은 유사한 PC 프로세서만큼 강력하지는 않지만 다양한 어플리케이션에 적합한 성능을 제공합니다. 가성비 높은 설계를 위해 SoC는 프로젝트에 필요한 모든 전자 구성 요소가 포함된 작은 인쇄회로기판(PCB)에 직접 납땜됩니다.
이미지 처리 통합 – 카메라 모듈
하우징에 담긴 카메라는 설계한 솔루션에 비해 너무 크고 고가일 수 있으며 전력 소모가 많을 수 있습니다. 비전 어플리케이션에 적합한 대안은 카메라 모듈 즉, PCB 레벨 카메라입니다. 이 카메라는 어플리케이션에 필요한 구성 요소만 포함되어 공간을 절약하고 전력 소비와
카메라 모듈은 다양한 인터페이스를 통해 프로세싱 보드에 연결할 수 있습니다. 가장 일반적인 인터페이스는 USB 2.0 및 USB 3.0 인터페이스, 특정 기업의 병렬 또는 직렬 인터페이스, MIPI CSI-2 인터페이스입니다.
인터페이스 선택 기준
인터페이스를 결정할 때에는 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다.
대역폭: 대역폭이 높을수록 데이터를 더 빠르게 수집, 처리 및 분석할 수 있습니다.
케이블 길이: 손실 없이 신호를 전송할 수 있는 거리는 인터페이스마다 다릅니다.
비용 & 구입 가능 여부: 기존 공급 업체에서 쉽게 구입할 수 있는 저렴한 인터페이스를 선택하는 것이 좋습니다.
USB 3.0부터 MIPI CSI-2까지: 주요 인터페이스의 특징 요약
임베디드 비전 어플리케이션에 적합한 인터페이스를 선택하려면 다양한 옵션을 비교해 보는 것이 중요합니다. Basler는 고객을 위해 임베디드 비전에서 가장 많이 사용되는 인터페이스들의 장단점을 다음과 같이 정리했습니다.
UBS 2.0 | UBS 3.0 | 특정 기업의 병렬 인터페이스 | 특정 기업의 직렬 인터페이스 | MIPI CSI-2 | |
|---|---|---|---|---|---|
표준화 | ✔ | ✔ | ❌ | ❌ | ✔ |
SoC에서 이용 가능 여부 | 대부분 가능 | 고급 SoC에서 이용 가능 | 대부분 어려움 | FPGA SoC | 많음, 일반적으로 6개 레인 사용 가능 |
대역폭 | 40MB/초 | 360MB/초 | 제조업체에 따라 다름 | 제조업체에 따라 다름 | 레인당 300MB/s |
케이블 길이 | < 5m | < 5m | 50cm | 제조업체에 따라 다름, < 3m | < 30cm |
공간 요구 사항 | 높음 | 높음 | 낮음 | 낮음 | 낮음 |
& 플러그 앤 플레이 | ✔ | ✔ | ❌ | ❌ | ❌ |
개발 비용 | 낮음 | 낮음 | 제조업체에 따라 다름 | 제조업체에 따라 다름 | 제조업체에 따라 다름 |
USB 인터페이스
개발 비용을 최대한 아껴야 하는 경우에는 USB 인터페이스가 좋은 선택이 될 수 있습니다.
USB 2.0는 이미 많은 SoC에 탑재되어 있습니다. 즉, USB 포트와 같은 최소한의 추가 하드웨어만 있으면 카메라를 SoC에 연결할 수 있습니다. 이 인터페이스의 단점은
USB의 3.0은 USB 2.0보다 훨씬 높은 최대 360MB/s의 대역폭을 지원합니다. Linux/ARM 기반 임베디드 시스템과 같은 시스템에 사용되는 드라이버 및 카메라 SDK는 표준화되어 있기 때문에 해당 시스템에서 대부분 원활하게 작동합니다. 또한 USB의 플러그 앤 플레이 특성 덕분에 이러한 모듈을 어플리케이션에 매우 쉽게 통합할 수 있습니다.
USB 2.0과 USB 3.0에는 한 가지 공통점이 있습니다. 비교적 큰 커넥터가 필요하기 때문에 공간 제약이 큰 일부 어플리케이션에 부적합할 수 있다는 것입니다. 고급 SoC 중 USB 3.0 인터페이스가 탑재된 제품은 극소수에 불과합니다.
병렬 및 직렬 인터페이스
표준화된 인터페이스가 필요한 경우가 아니라면 병렬 또는 직렬 인터페이스가 대안이 될 수 있습니다.
병렬: 병렬 인터페이스는 일반적으로 플랫 플렉스 케이블을 이용하여 프로세서 보드에 연결됩니다. 이러한 모듈에는 병렬 비디오 입력 기능이 지원되는 SoC가 필요하지만 이 기능은 일부 SoC에서만 사용할 수 있습니다. 최대 케이블 길이는 50cm로 제한되는 경우가 많습니다.
직렬: 특정 기업의 직렬 인터페이스가 탑재된 카메라 모듈은 주로 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)에 연결하기 위해 사용됩니다. 이미 FPGA가 임베디드 시스템의 핵심 역할을 하는 경우에는 직렬 인터페이스가 좋은 선택이 될 수 있습니다. 이러한 모듈도 리본 케이블을 통해 FPGA에 연결되며, 일부 모듈 제조업체는 1m 이상의
직렬 인터페이스와 병렬 인터페이스에서는 공통적으로 원하는 카메라/SoC 조합에 맞는 카메라 드라이버를 사용할 수 있어야 합니다.
MIPI CSI-2 인터페이스
개발 과정에서 여러 레인에 걸친 대역폭을 중점적으로 고려한다면 MIPI CSI-2를 첫 번째 대안으로 검토해야 합니다.
MIPI CSI-2는 모바일 산업 프로세서 인터페이스 얼라이언스(Mobile Industry Processor Interface Alliance, MIPI 얼라이언스)에서 표준으로 개발한 인터페이스입니다. CSI-2는 2세대 "카메라 직렬 인터페이스"(Camera Serial Interface in the second generation)의 약자입니다. MIPI CSI-2는 모바일 어플리케이션에 가장 널리 사용되는 인터페이스로 스마트폰의 카메라 모듈을 SoC에 연결하는 데 사용됩니다.
거의 모든 SoC는 하나 이상의 카메라를 연결하는 데 사용할 수 있는 직렬 레인을 최대 6개까지 제공합니다. 각 레인은 최대 300MB/s의 대역폭을 제공하므로 고해상도 카메라 모듈도 빠른 속도로 작동할 수 있습니다. 하지만 케이블 길이는 30cm 미만으로 제한됩니다.
이와 관련해 원하는 카메라/SoC 조합에 맞는 드라이버를 사용할 수 있는지도 중요합니다. 그렇지 않으면 드라이버 및 소프트웨어 스택 개발을 위한 추가 작업을 진행해야 하기 때문입니다. 이러한 작업에는 시간과 비용이 많이 들 수 있습니다.
결론: 적절한 임베디드 인터페이스의 선정 기준
최적의 인터페이스는 시스템의 조건에 따라 달라집니다. 대역폭, 케이블 길이, 공간 요구 사항, 드라이버 및 SoC를 고려해 해당 시스템에 적합한 인터페이스를 선택하세요. Basler는 고객의 어플리케이션에 최적화된 USB, 병렬, 직렬 또는 MIPI CSI-2 인터페이스가 탑재된 카메라 모듈을 제공합니다.
