• 主頁
  • THine Value
  • 工業設備相機模組的全面比較（UVC・IP・Wi-Fi・MIPI相機）

THine Value 工業設備相機模組的全面比較。UVC相機、IP相機、Wi-Fi相機和MIPI相機有哪些優缺點？

2023.09.12
  • NEW
  • 文章
  • 專欄
　用於工業設備的嵌入式相機模組正在迅速發展。 除了解析度和幀率的提高之外，外部尺寸的縮小、成本的降低和使用的方便性也在快速進步。它不僅應用於工廠生產線的檢查/測量設備和監視器中，還安裝在機器人、無人機、醫療設備、POS機、自動櫃員機(ATM)、自動販賣機等機器中（圖1）。
 
圖1　搭載相機功能的工業設備範例

　透過為這些工業設備搭載相機模組，可以添加以前從未見過的新功能。例如，如果自動販賣機搭載了相機鏡頭模組，就可以從拍攝的影像中得知顧客性別和年齡等數據，並利用這些數據來優化其銷售的飲料產品陣容。也就是說，它可以用來獲取行銷數據。未來將會有更多的工業設備搭載相機鏡頭模組是毋庸置疑的吧。

主要分為四個選項

　然而，為了將相機模組整合到工業設備中，必須克服一些障礙，儘管這些障礙並不是非常困難。工業設備製造商的工程師遇到的第一個困難是選擇相機模組。目前，相機模組主要有四種選擇。具體來說有四種類型：「UVC（USB Video Class）相機」、「IP（Internet Protocol）相機」、 「Wi-Fi（無線網路）相機」和「MIPI（Mobile Industry Processor Interface）相機」。（表1）。 以下簡單介紹一下這四種相機模組。
 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表 1　 工業設備相機模組的選項

① UVC相機

　UVC相機是透過USB線連接和使用的相機模組。大多數連接到電腦用於線上會議和影片分享等目的的網路攝影機（WEB相機）都是UVC相機。優點在於它的方便性。因為它符合UVC（USB Video Class）標準，電腦作業系統中已經安裝了驅動程式軟體。使用者只需連接UVC相機即可在電腦螢幕上顯示影像。因此，將其整合到工業設備中時不需要再開發驅動軟體。但另一方面也有缺點，由於UVC相機本身是終端產品，因此當應用於工業設備中的相機模組時，其外部尺寸較大且成本較高。
 

② IP相機

　IP相機是透過乙太網路線（Ethernet Cable）連接的相機模組。相機本身有IP位址，只需連接到網路即可使用。也稱為網路攝影機。它的主要用途是監視器，但也可以整合到工業設備中。優點是使用方便，就像UVC相機一樣。整合到工業設備時也無需開發驅動軟體。另一個優點是連接距離長達約100m。它可用於監控遠端位置。但與UVC相機一樣，其缺點是外部尺寸大且成本高。另一個缺點是，由於視訊訊號經過壓縮傳輸，導致無法即時傳輸，會出現幀率延遲的情況。
 

③ Wi-Fi相機

　Wi-Fi相機定位為上述IP相機的Wi-Fi（無線網路）版本。如果使用它，連接相機模組和顯示影像的螢幕顯示器可以無線化。這是最大的優點。而且連接距離很長，可達200m左右，使用起來非常方便。缺點是，像IP相機一樣，無法即時傳輸。此外，還存在連線可能因周圍環境而中斷的風險，且連線的穩定性相對較低，也有安全上的隱憂。缺點還包括整合到工業設備中的相機模組的外部尺寸太大和成本太高。
 

④ MIPI相機

　MIPI相機是智慧型手機等行動裝置內部連接相機和SoC間的傳輸標準「MIPI CSI-2」作為影像輸出介面的相機模組。優點是專為行動裝置設計，因此外形尺寸小、成本低。 另一個優點是可以即時傳輸並且連接非常穩定。但也有兩個缺點。一是連接距離長度僅30cm， 所以很難將其應用到相機模組和影像處理器之間距離較長的工業設備中。另外就是整合到工業設備時需要開發驅動軟體和編寫register code。與UVC相機和IP相機不同，只透過連接是無法顯示影像的。

　然而，採取適當的措施可以在一定程度上克服與連接距離相關的缺點。具體來說，可以與THine的高速serial interface「V-by-One HS」（表1中的「⑤ MIPI相機+V-by-One HS」）結合。這是因為連接距離可以延長至約15 m（圖 2）。 而且將它們結合起來後幾乎不會產生任何缺點。如果非要說一個缺點的話，那就是零件成本和開發成本會略有增加。但您仍然可以享受小尺寸和高穩定性的好處。
圖2  MIPI相機與V-by-One HS的組合

　透過使用THine提供的「MIPI Camera SerDes Starter Kit」，幾乎可以消除與 V-by-One HS結合時開發成本增加的缺點。此入門套件包括傳輸和接收MIPI CSI-2訊號所需的一整套軟體，以及自動產生register code的 GUI（Graphic User Interface）工具。

合適的相機因應用而異

　「哪種相機模組最適合您正在開發的工業設備？」 事實上，沒有萬能的相機模組可以完美適合任何類型的工業設備。換句話說，最佳的相機模組根據工業設備的不同而有所不同。因此，有必要在仔細檢視要安裝的工業設備特性後，選擇最合適的相機模組。就讓我們舉例下列五種使用場景，並參考看看哪種相機模組最適合您吧。
 

●若驗證突如其來想法的時候使用UVC相機

　將相機模組安裝到工業設備上並使用AI（人工智慧）識別影像的話，應該可以添加新功能。有時這樣的想法會突然浮現在腦海中。在測試這個想法時，速度對於所謂的 PoC（概念驗證）非常重要。在這種情況下，最好使用UVC相機，因為它易於使用。只需透過USB線連接即可立即獲取影像訊號，可以讓您快速開始驗證您的想法。

 

●安裝在空間有限的工業設備適合使用MIPI相機

　事後將相機模組加裝到已完成的工業設備時，在許多情況下幾乎沒有可用的安裝空間。 例如，為自動販賣機或生產線的檢查/測量設備加裝。因為 UVC相機或IP相機的外部尺寸較大，就很難使用它們。所以最初為行動裝置開發的MIPI相機是最好的解決方案。MIPI相機模組的外部尺寸約為20mm x 20mm，因此即使在有限的空間內也可以安裝。
　然而，在加裝工業設備時，影像處理器的距離可能會很遠。MIPI相機模組的最大傳輸距離僅為30cm，猜測距離應該不太夠。因此在這種情況下，您可以透過將其與高速Serial interface V-by-One HS結合來解決該問題。因為傳輸距離可以延長至約15m。

 

●影像訊號傳輸距離超過100m時使用IP相機

 有些工業設備的拍攝地點和影像訊號處理地點相距很遠。例如安裝在音樂廳的廣播設備、水下拍攝的影像傳輸到船上的水下攝影系統。所需的傳輸距離可能超過100m。因此很難同時支援UVC相機和MIPI相機+V-by-One HS。所以，IP相機將是這些情況下的最佳解決方案。

 

●Cable難以處理時使用Wi-Fi相機或MIPI相機+V-by-One HS

　將相機模組整合到工業設備中時，有時Cable處理會成為問題。例如，Cable安裝在機械結構複雜的工業設備內部時。特別是如果Cable很粗，安裝就會變得困難。如果您盡可能使用最細的Cable，將可以輕鬆處理Cable。但最佳解決方案是MIPI相機+V-by-One HS。由於 V-by-One HS 是Serial Interface，因此可以使用更少的Cable發送影像訊號。此外，如果外部尺寸和成本可以接受，Wi-Fi相機也是一種選擇。因為一開始就不需要Cable，您將無需處理它們。

 

●若想連接單獨販售（選購）的相機請選擇UVC相機

　對於POS機等商業設備，有時可以將市售的（選購）相機連接到終端本身。這是為了在購買設備後需要掃描二維碼時可以使用它。終端客戶購買相機並可自行將其連接到終端設備上使用。因此極其簡單的連接至關重要，所以最好的解決方案是使用UVC相機。



以上