THine Value 对应4K画质、PDAF的UVC相机套件能让装载相机的设备能早日着手进行PoC

2021.09.10
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 装载相机功能的电子设备正在持续增加。现在不仅是智能手机、平板电脑和数码相机,在工业设备、医疗设备、汽车、安全设备、教育设备和无人机上也都装载了相机功能。可以说相机功能已经成为了一种必备;这一趋势未来也将持续,且装载相机功能的电子设备数量会加速增加。
「充满相机的世界」在不久的将来就会成为现实。但我们也会有一些不安。这是因为装载相机功能的电子设备的开发难度很高。影像/图像信号通过MIPI接口从CMOS图像传感器的相机模组输出。但这一信号无法直接显示在显示器上,它需要经过各种信号处理;而与这些信号处理相关的开发工作非常困难。
当然,经验丰富、技术娴熟的工程师能够轻松地处理吧。但不是所有电子设备制造商都拥有这样的工程师。如果没有熟练的工程师,即使能规划出好的产品企划,也无法将之商品化后投入市场。这样可能会大大延迟「充满相机的世界」的到来。

开箱即用

 实际上,以海外工业电子设备制造商为中心,“很多企业都想要一个可以理解显示影像和图像的相机系统。”(销售部产品经理 桑山 克己)一直以来,许多制造商因为没有这样的相机系统,只能到普通市场上购买最终成品的网络摄像机,然后编入正在设计的电子设备中进行PoC(概念验证)。但是又不能将其他公司的产品组装到自己的产品中进行销售。而且网络摄像机毕竟是最终成品,会造成成本过高,这也是一大问题。
  为了解决这些问题,THine Electronics发售了用于开发装载相机功能的电子设备的相机套件「THSCU101」(图1)。
 
图1  发售的UVC相机套件

 此套件包括一个装载了CMOS图像传感器的相机主板、用于固定到三脚架上的带螺丝孔的亚克力保护壳以及USB线。相机主板符合「UVC(USB Video Class)」规范,这一规范定义了通过USB解耦传输影像信号和控制信号的标准。因此无需装备专用的驱动程序就可以直接连接到电脑并显示影像。这就是所谓的“UVC相机”。所以,你购买了相机套件只需打开包装,就可以立即添加此相机功能,且毫不费力地立即着手进行PoC。
  相机主板的形状基本是正方形,尺寸仅35mm×36mm×1.2mm。很多情况下它可以直接安装到电子设备中进行设计。当然,根据电子设备的不同,有时会有一定要细长型的才能安装这种情况出现。“这种情况时可以咨询我司,我们可以对应各种客户定制。” (桑山)
  它的主要用途是仓库或工厂、超市等产品管理用定点相机、手持式条形码读取终端、护照和驾照等ID认证用相机、人流和行动路线监控相机、工业用AR相机(增强现实)和教育用实物扫描仪等。

业界首创对应4K、PDAF

 CMOS图像传感器上采用了Sony的「IMX258」。像素约为1300万(4224×3192),最高帧速30帧/秒(3840×2160像素输出时)(表1)。也就是说可以拍摄所谓的4K分辨率的影像/图像。
 
表1  对应的像素和帧速

 自动对焦功能除了一般的对比方式外,还支持相位差检测方式(PDAF:Phase Detection Auto Focus)。使用PDAF,就可以用比对比法更快的速度对焦。它可以应用于对护照、驾照和条形码等进行快速读取的用途上。这是业界首次将可拍摄4K分辨率影像/图像且对应PDAF的相机开发套件产品化。
  相机主板上除了包含CMOS图像传感器和镜头的相机模组外,还装载了THine Electronics的图像处理器(ISP)「THP7312」和美国Cypress Semiconductor(Infineon Technologies)的USB 3.0控制IC「CX3」、以及闪存等(图2)。电源部分则由USD接口供电。USB线长度为1m;USB连接器形状在相机主板端为micro B,在电脑端为Type-A。
 
图2  相机主板

导入吸收个体差异的体制

 这次发售的相机套件拍摄的影像/图像的画质默认会设定在「平均值」;也就是说能让大部分电子设备制造商满意,并能直接适用于各种应用上的画质。
  但有时根据制造商的不同,也常会出现「要更鲜艳」、「要加强红色」、「要更强调亮度」等要求。而我们发售的相机套件就具有满足这些需求的功能。例如,可以适用UVC机制来调整拍摄的影像/图像的亮度和对比度、色调、白平衡和曝光时间等。也就是说,只要在电脑上设置了参数,就可以通过USB接口对这些进行调整。
  此外,我们还准备了一个UVC无法对应的增强功能来设置/更改参数。这是通过重写USB3.0 控制器 IC 的固件或直接更改这个IC的电阻来实现的。使用此增强功能,就可以对曝光值修正、消除荧光灯闪烁和自动对焦模式切换等进行设置和更改。
  如果制造商需要更详细的设定,则可以适用THine Electronics提供的相机开发套件(CDK)。使用CDK修改ISP的固件,经由USD及诶扣写入到相机主板的闪存中,就能对自动曝光的判断是优先行动还是优先增益、自动曝光或自动对焦目标应该是画面的那一部分以及颜色等进行调整。
  不仅如此,这次发售的相机套件还具有调整相机模组个体差异的功能。一般来说,相机模组在CMOS图像传感器和镜头的性能上会存在些微差异;在颜色、亮度和镜头遮光性上各有不同。所以这次我们先测定了相机模组的特性,并将测定结果所求出的校正系数写入相机模组内置的EEPROM 中。当系统启动时,ISP会读取这些数据并对输出的影像/图像信号进行校正,来控制相机模组中的个体差异。“根据用途不同,有时拍摄的影像中不允许存在任何细微的色差。这样就需要花费大量时间来调整这种个体差异。但使用这次的相机套件,就无需进行任何调整的工作。” (桑山)

扩大产品阵容

 美国Digi-Key Electronics 的网站上已经开始销售此相机套件,价格约为28,000日元。<购买网址
 我们也计划未来将扩大相机套件的产品阵容。具体来说,我们计划将装载了不同特性的CMOS图像传感器的相机套件产品化。“这次发售的相机套件才用了像素间距约为1.1 μm的小型移动设备用CMOS图像传感器,所以对经常需要在暗处拍摄的监控摄像头来说不是最合适。下一个产品我们预计会使用具有大像素间距的CMOS图像传感器。” (桑山)

以上
 

※如需更多详细信息,请参考此处。
13M pixel PDAF UVC Camera (THSCU101) — THine Solutions