THine Value 對應4K畫質、PDAF的UVC相機套件能讓搭載相機的設備早日著手進行PoC

2021.09.10
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 電子設備搭載相機功能的數量正朝增加之路前進。相機功能現在不僅安裝在智慧型手機、平板電腦和數位相機中,還能安裝在工業設備、醫療設備、汽車、安全設備、教育設備和無人機中。搭載相機功能在現代已經成為一種趨勢,在未來也應該會繼續下去。不僅如此,今後搭載相機功能的電子設備數量也會隨著加速度而持續增加。
 「充滿相機的世界」在不久的將來很快就會成為現實。但,也確實有一些焦慮。因為搭載相機功能的電子設備的開發難度很高。影像/圖像訊號通過 MIPI 接口從搭載 CMOS 影像sensor的相機鏡頭模組輸出。但是,該訊號無法直接就顯示在顯示器上。需要各種訊號處理。而這種訊號處理相關的開發工作相當困難。
 當然,經驗豐富、技術嫻熟的工程師能夠輕鬆地處理它。不過並非所有電子製造商都有這樣的工程師。如果沒有熟練的工程師,即使可以規劃出一個好的產品計劃,卻也無法作為產品發佈到全世界。如此一來,這可能會大大延遲「充滿相機的世界」的到來。

開箱即用

 實際上,「他們想要一個可以立即顯示影像和圖像的相機系統的心聲層出不窮」專注於海外工業電子設備製造商的銷售部產品經理 桑山 克己先生這麼說道。直到現在,這樣的相機鏡頭系統還沒有問世,因此許多製造商在一般市場上購買了最終產品的網路攝影機,並結合正在設計的電子設備進行 PoC(概念驗證)。但是,不可能將其他公司的產品組裝到自己的產品中進行銷售。再加上, 網路攝影機是終端產品,因此成本負擔成了一大問題。
 為了解決這些問題,THine Electronics發表了用於開發搭載相機功能的電子設備的相機套件「THSCU101」(圖1)。
 
圖1 發售的UVC相機套件

 此套件包括一個搭載CMOS 影像sensor等等的Cemera Board、用於固定到三腳架上帶螺絲孔的壓克力保護殼,以及USB Cable。鏡頭模組符合「UVC(USB Video Class)」規範,該規範定義了一種通過USB接口傳輸影像訊號和控制訊號的標準。 因此,無需準備專用的驅動程式便可以直接連接到電腦並顯示影像。這就是所謂的“UVC相機”。如此一來,如果您購買了相機套件打開包裝盒後,您可以立即添加此相機功能,且毫不費時的立即著手進行 PoC。
 Camera board的形狀幾乎是正方形的,尺寸僅35mm×36mm×1.2mm。 因此,在很多情況下,它可以直接安裝到電子設備中進行設計。但是,根據電子設備的不同,有時則無法裝入非細長型的板子中。「由於有可能發生這樣的情形,如果您諮詢我們,我們也可以進行各種客製化」(桑山)。
 主要將它的應用設定在倉庫、工廠、超市等產品管理用定點相機鏡頭、條碼讀取handy terminal、護照&駕照等身份認證用相機、人流&動線監視器、工業用相機、工業用AR相機(實際擴張)和教育用途的Document camera之上。

業界首創對應4K、PDAF

 CMOS影像sensor採用Sony的「IMX258」。 畫素約為1300萬(4224×3192),最高幀速對應30幀/秒(輸出畫素時3840×2160)(表1)。您可以拍攝所謂的 4K 解析度的影像/圖像。
 
                                                                       表1 對應的畫素和幀速

 自動對焦功能除了一般的對比方式外,還支持相位差檢測方式(PDAF:Phase Detection Auto Focus)。若使用 PDAF,您可以使用比對比法更高的速度對焦。 它還可以應用於護照、駕照和條碼等需要快速讀取的應用程序。這是業界首次將可拍攝4K解析度影像/圖像且對應PDAF的相機開發套件產品化。
 Camera Board上除了包含CMOS影像sensor和鏡頭外,還包括THine Electronics的影像處理處理器(ISP)「THP7312」和美國Cypress Semiconductor(Infineon Technologies)的USB 3.0控制IC「CX3」,並搭載閃存等功能(圖2)。電源部分則由USB 接口供電。 USB Cable的長度為 1m。而USB連接器的形狀在Camera Board為micro B,在電腦端為 Type-A。

 
圖2 Camera Board

導入吸收個體差異的機制

 此相機套件拍攝的影像/圖像的畫質以「平均點」為設定值。也就是說,對於許多電子設備製造商來說畫質是令人滿意的,並且能夠直接適用於各種應用之上。
 但是,根據電子設備製造商的不同,也常會出現「需要更鮮豔」、「需要加強紅色」、「想更強調亮度」等要求。而我們發表的相機套件就具有滿足這些需求的功能。例如,可以使用UVC機制來調整捕獲影像/圖像的亮度和對比度、色調、白平衡、曝光時間等。換句話說,如果您在電腦上設置了參數,則可以透過 USB 接口調整它們。
 此外,我們還準備了一個UVC無法對應的擴張功能來設置/更改參數。這是透過重寫 USB3.0 控制器 IC 的韌體或直接更改該 IC 的register來實現的。一旦使用此擴張功能,您可以對曝光值補正、消除螢光燈閃爍、自動對焦模式切換等進行設置/更改。
 若您是需要更詳細設定的電子設備的廠商則可以使用THine Electronics提供的相機開發套件(CDK)。使用CDK修改ISP的韌體,經由USB接口寫入到Camera Board的閃存中。這樣做的話,可以對自動曝光判斷是優先移動還是增益,自動曝光或自動對焦目標應該是畫面的哪一部分,以及顏色等進行調整。
 不僅如此,這次發表的相機套件還具有調整相機模組個體差異的功能。一般來說,相機模組在CMOS影像sensor和鏡頭的特性上存在些微差異,顏色、亮度和鏡頭遮光特性各有不同。所以這次我們先測量了相機模組的特性,並將測量結果所獲得的校正係數寫入相機模組內置的 EEPROM 中。當系統啟動時,ISP 讀取這些數據並對輸出的影像/圖像訊號進行校正,以抑制相機模組中的個體差異。「即使用途不同,拍攝的影像中也不允許存在細微的色差。因此,我們花費了大量時間來調整這種個體差異。但如果使用此相機套件的話,那就無需進行任何調整的工作」(桑山)。

擴大產品陣容

 美國Digi-Key Electronics 的網站上已開始販賣此相機套件。價格約為28,000日元。 <購買網站>
   在未來我們計劃擴大相機套件的陣容。具體來說,我們計劃將安裝了不同特性的 CMOS 影像sensor的相機套件產品化。「這次發表的相機套件採用了小型移動設備的 CMOS 影像sensor,畫素間距約為 1.1 μm,所以對於經常在暗處拍攝的監視器等應用來說並不是最合適。在下一個產品中,我們預計使用具有大畫素間距的 CMOS 影像sensor」(桑山)。


以上
 

* 如果您需要更詳細的訊息,請參閱此處。
13M pixel PDAF UVC Camera (THSCU101) — THine Solutions