Оценочные комплекты камер Arducam: введение

Документация Arducam · перевод arducam-russia.ru

Видео к этому материалу опубликовано на YouTube. Пришлём ссылку по запросу на quote@arducam-russia.ru.

1. Создание системы камеры

1.1. Почему сложно подключить сенсор к своей системе

Если бюджет позволяет, проще всего купить готовую промышленную камеру и использовать её как есть. Но если вы решили разработать камеру на сенсоре с нуля, придётся ответить на такие вопросы:

Где взять даташит на сенсор?
Какой интерфейс камеры использовать?
Нужно ли писать драйвер сенсора?
Как запустить сенсор?
Устраивает ли качество изображения?

Даже если вам повезёт найти ответы на первые вопросы и дойти до последнего, может оказаться, что качество изображения или производительность не устраивают, — и придётся возвращаться к самому первому вопросу.

Долгое время для создания системы камеры требовались не только навыки программирования, но и понимание аппаратной части сенсора и его временных диаграмм. Писать и отлаживать драйвер камеры с нуля очень тяжело. Понимание таймингов сенсора — ключ к его запуску, но у вас может не оказаться нужного даташита, справочника по регистрам или рекомендаций по применению: производители сенсоров, такие как Sony, ONSemi, OmniVision, обычно выдают их только по соглашению о неразглашении (NDA). Для отладки сенсора очень полезны аппаратные средства — хороший осциллограф, логический анализатор, анализатор протоколов, — но для любителей и небольших команд они слишком дороги.

1.2. Оценочный комплект камеры экономит время

В оценочный комплект камеры входит плата Arducam USB Camera Shield — базовый строительный блок, из которого USB-камера собирается так же просто, как из кубиков Lego. Вместе с другими блоками Arducam — отладочной платой сенсора, платой-адаптером MIPI или HISPI — из неё можно собрать USB-камеру своими руками. Драйвер камеры и программы готовы для Windows и Linux, как на ПК, так и на встраиваемых устройствах ARM. Остаётся выбрать подходящий файл конфигурации для своей камеры и начать анализ видеопотока. По данным Arducam, это сокращает разработку камеры с месяцев до минут.

1.3. Возможности доработки

В оценочный комплект камеры Arducam входит полноценный SDK для разработки прикладных программ и встраивания камеры в вашу систему. SDK — собственный программный фреймворк Arducam для USB-камер: он скрывает сложные аппаратные и программные детали камеры за простым единообразным интерфейсом. Если нужного сенсора нет в каталоге Arducam, его поддержку можно обсудить отдельно — напишите нам на quote@arducam-russia.ru. Так оценочный комплект служит не только инструментом быстрого прототипирования и оценки, но и готовым компонентом камеры.

2. Как устроено решение на базе оценочного комплекта Arducam

2.1. Что такое оценочный комплект камеры Arducam

Оценочный комплект камеры Arducam построен на плате USB Camera Shield — базовом блоке USB-камеры, который скрывает сложность аппаратной и программной части и даёт разработчику системы камеры простой единообразный аппаратный и программный интерфейс. Вместе с другими блоками Arducam — отладочными платами сенсоров и платами-адаптерами — камеру можно собрать за считаные минуты. Если нужна камера без USB, посмотрите решения Arducam с интерфейсами SPI и MIPI CSI-2 для Arduino, Raspberry Pi и NVIDIA Jetson.

2.2. Какие сенсоры поддерживаются

С подходящей комбинацией плат-адаптеров оценочный комплект поддерживает любой сенсор от 0,3 до 200 Мп. Распространённые интерфейсы сенсоров — параллельный (DVP), MIPI (CSI-2), LVDS, HSPI и др. Сейчас Arducam реализовала параллельный интерфейс и MIPI, для каждого из них есть отдельная плата-адаптер. Остальные интерфейсы поддерживаются только при доработке под заказ.

2.3. Какие ещё блоки нужны для камеры

Сам по себе оценочный комплект не работает: чтобы получилась законченная камера, он должен работать вместе с другими блоками. Главный из них — отладочная плата камеры, состоящая из объектива и модуля сенсора. На выходе у неё штыревой разъём или разъём для шлейфа, который подходит к плате USB Camera Shield. Подробнее — в следующем разделе.

2.4. С каким оборудованием работает комплект

Оценочный комплект камеры — USB-устройство. Он работает с любой аппаратной платформой — ПК, ноутбуком или встраиваемым устройством ARM, — если у неё есть хост-интерфейс USB. На разных платформах USB-драйвер и SDK могут отличаться и зависят от устройства. Полный список поддерживаемых платформ — в спецификации оценочного комплекта.

2.5. Какие ОС поддерживаются

Сейчас поддерживаются Windows и Linux — это покрывает большинство задач. По данным Arducam, некоторые пользователи успешно запускали комплект и в macOS.

2.6. Какие языки программирования поддерживают SDK и примеры кода

Поддерживаются C/C++ и Python. Arducam подготовила несколько примеров с OpenCV, которые упрощают перенос существующего кода OpenCV. По данным Arducam, некоторые пользователи написали обёртку для Java.

3. Как собрать свою камеру-«бургер»

В ресторане McDonald’s бургер можно собрать из выбранных ингредиентов. Оценочные комплекты Arducam устроены так же: камера-«бургер» собирается из выбранных блоков. У Arducam уже есть несколько популярных готовых комплектов, но если они вам не подходят, соберите камеру по шагам ниже.

3.1. Шаг 1. Выберите оценочный комплект с USB2 или USB3

Выбор комплекта зависит от того, какая пропускная способность нужна вашему приложению. USB2 даёт только 480 Мбит/с (не более 40 МБ/с), и эту полосу делят все устройства на одном корневом концентраторе. USB2 подходит, если хост поддерживает только USB2 или если этой полосы хватает для выбранной отладочной платы камеры. В остальных случаях выбирайте плату USB3 Camera Shield — для более высокой частоты кадров или одновременного подключения нескольких камер.

3.2. Шаг 2. Выберите отладочную плату камеры

Чтобы выбрать подходящую камеру, определите требования: разрешение, размер пикселя, частоту кадров, интерфейс сенсора, крепление объектива, цветной или монохромный сенсор, нужна ли чувствительность к ИК и т. д. Затем выберите ближайшую по характеристикам отладочную плату камеры для оценки и дальнейшей доработки.

3.4. Таблица выбора плат для сборки камеры

Плата USB Camera Shield	Тип отладочной платы	Плата-адаптер
USB2 Rev.D (UC-391 Rev.D)	Параллельный интерфейс, штыревой разъём / шлейф	—
USB2 Rev.E (UC-391 Rev.E)	Параллельный интерфейс (только шлейф) / MIPI	—
USB3 Rev.C (UC-425)	Параллельный интерфейс 8 бит, шлейф	—
USB3 Rev.C (UC-425)	Параллельный интерфейс 8 бит, штыревой разъём	Параллельный (UC-547)
USB3 Rev.C (UC-425)	Параллельный интерфейс 10/12 бит	Параллельный (UC-547)
USB3 Rev.C (UC-425)	MIPI	MIPI (UC-628)
USB3 Rev.C (UC-425)	Параллельный интерфейс × 2	Стерео, параллельный (UC-467)
USB3 Rev.C (UC-425)	MIPI × 2	Стерео HAT (UC-625)

Плата Arducam USB2 Camera Shield Rev.E (B0175)

5. Видеоруководство