Die benötigten Bilddaten werden häufig von MIPI CSI-2-Sensoren erfasst und von hocheffizienten SoCs (System on a Chip) verarbeitet. Durch die Nutzung der integrierten Bildverarbeitung können die Daten mit geringer Latenz und hohen Datenraten in den Systemspeicher übertragen werden, ohne dass die CPU (Central Processing Unit) eingreifen muss. Neben diesen positiven Eigenschaften wird CSI-2 von einer breiten Palette verschiedener SoCs unterstützt und ist bereits in verschiedene Systeme integriert.
Es gibt jedoch einige Aspekte, die einer weiten Verbreitung von CSI-2-Kameras im Wege stehen. Es gibt viele Anwendungen, für die CSI-2 aufgrund der begrenzten Kabellänge nicht geeignet ist. Zudem sind CSI-2-Kameramodule wegen ihrer offenen Rückseite nicht EMV-geschützt. Es gibt alternative Kameraschnittstellen ohne solche Einschränkungen, die aber oft nicht mit den oben genannten Eigenschaften mithalten können oder mit wesentlich höheren Systemkosten verbunden sind.
Da der CSI-2-Standard (Camera Serial Interface) für Anwendungen mit geringer Reichweite konzipiert wurde, bei denen das gesamte System kompakt auf kleinstem Raum untergebracht ist, ist die maximal erreichbare Kabellänge grundsätzlich gering. Für Autos oder Gabelstapler, bei denen die Entfernung zwischen Kamera und Verarbeitungseinheit mehrere Meter betragen kann, ist dies ein entscheidender Nachteil. Hier wird entweder eine alternative Kamera-Schnittstelle oder eine ergänzende Technologie benötigt.
Es gibt viele Standard-Kameraschnittstellen, die dieses Problem lösen können, z.B. GBit-Ethernet, USB3 oder CoaXPress. Diese sind in der Regel im Bereich der maschinellen Bildverarbeitung zu finden, können aber auch in einer embedded Lösung eingesetzt werden. Jede dieser Kameraschnittstellen hat jedoch ihre eigenen Vor- und Nachteile. Da CSI-2 speziell für Embedded-Systeme entwickelt wurde, können die erwähnten Schnittstellen nur schwer mit der hohen Bandbreite, der geringen Latenz, dem geringen Stromverbrauch und den niedrigen Systemkosten konkurrieren. Glücklicherweise gibt es eine andere Alternative, die alle Anforderungen erfüllt und sogar längere Kabel unterstützt.
Lösung für lange Kabellängen
Der MIPI CSI-2-Übertragungspfad besteht häufig aus MIPI D-PHY-Transceivern und -Empfängern, die die Verbindung auf der physikalischen Ebene sicherstellen. Durch die Ergänzung dieses Pfades mit einem SerDes (Serializer/Deserializer) können Kabellängen von bis zu 15 Metern genutzt werden. FPD-Link (Flat Panel Display Link) und GMSL (GBit Multimedia Serial Link) von Texas Instruments bzw. Maxim Integrated (heute Analog Devices) sind dabei die vermutlich am häufigsten verwendeten Umsetzungen.
Um die SerDes-Verbindung entweder mit GMSL oder FPD-Link zu realisieren, ist jedoch zusätzliche Elektronik erforderlich. Eine Leiterplatte für den Serializer in der Nähe der Kamera und eine weitere für den Deserializer, der mit dem Host verbunden ist. Da die Verbindung auf der physikalischen Ebene arbeitet, sind Hostsysteme, die das MIPI CSI-2-Protokoll unterstützen, mit diesem Ansatz kompatibel. Für die Konzeptions- und Testphase ist dies akzeptabel, aber vor der Serienproduktion ist eine kosteneffiziente kundenspezifische Hardwareentwicklung erforderlich. Alternativ können auch zugeschnittene Hauptplatinen von Drittanbietern verwendet werden, die den erforderlichen Deserializer und Anschluss bereits auf der Platine haben.
FPD-Link III und GMSL2- Industriekameras
Allied Visions Alvium FP3-Kameras mit FPD-Link III-Schnittstelle und die Alvium GM2-Kameras mit GMSL2-Schnittstelle wurden entwickelt, um die beschriebenen Einschränkungen der Standard-CSI-2-Kameras zu überwinden. Bei beiden Technologien handelt es sich um Physical-Layer-Standards, bei denen die Daten mittels integrierter SerDes-Technologie transparent für den Anwender über Koaxialkabel übertragen werden können. Damit ist es möglich, die Vorteile der MIPI CSI-2-Schnittstelle zu nutzen und Bilddaten über große Entfernungen zu übertragen, während die Systemkosten auf einem relativ niedrigen Niveau bleiben.
Die CSI-2-basierten Kameras mit Gehäuse verfügen über einen integrierten Serializer und einen robusten koaxialen FAKRA-Stecker für dünne Koaxialkabel, der sie vollständig EMV-konform sowie stoß- und vibrationsbeständig macht. Mit Alvium-FP3- oder Alvium-GM2-Systemen sind Kabellängen von bis zu 15m möglich. Das Koaxialkabel kann auch für die Stromversorgung der Kamera verwendet werden (Power over coax), was eine Einkabellösung ermöglicht. Die Kameras verfügen über zwei GPIOs, die entweder über das Koaxialkabel oder über einen separaten I/O-Anschluss genutzt werden können.
Zusammen mit den Kameras bietet Allied Vision Deserializer-Boards für FPD-Link III und GMSL, mit denen das Embedded Board angeschlossen werden kann. Zugeschnittene Hauptplatinen von Drittanbietern mit integriertem De-Serializer können ebenfalls verwendet werden. Mit einem solchen System-Setup können sowohl die Vorteile von MIPI CSI-2-Kameramodulen genutzt als auch deren Einschränkungen überwunden werden.
