得益于ARM，DSP及FPGA等高算力、低功耗嵌入式硬件平臺方案不斷推陳出新，在涉及機器視覺應用中，PC-Based視覺系統不再是軟硬件部署唯一選項。用戶可以根據精度、節(jié)拍、成本、研發(fā)周期等多方因素綜合評價，靈活選擇高度貼合項目需求的硬件平臺及接口。本文將簡要介紹在嵌入式視覺系統中比較常用的MIPICSI-2接口。

1.視覺系統分類概要

1.1什么是PC-Based視覺系統

基于PC視覺系統（PC－Based）一般由若干光學鏡頭、相機（CMOS/CCD）、光源（3D結構光發(fā)生器等），圖像傳輸數據線，圖像采集卡（網卡，IO板卡等）以及PC和圖像處理軟件等構成。以經典2D視覺系統示例如下：

圖1.視覺系統構成示意圖（圖片來自網絡）

基于PC的通用機器視覺系統通常尺寸較大、功耗較高，結構復雜，開發(fā)周期較長，但結合成熟的視覺處理軟件工具，選擇適配需求的數據接口及相機，并配置滿足性能需求的計算主機，可達到理想的精度及速度，能實現較為復雜的系統功能。通用基于PC視覺系統數字接口主要包括、、及等。

圖2.幾款基于PC視覺系統常用數字接口示意（圖片來自網絡）

1.2什么是嵌入式視覺系統

嵌入式視覺系統一般是針對某些特定應用需求，采用嵌入式處理器及高度集成的光學結構，板級相機、專用的圖像采集及處理運算芯片及相關嵌入式應用程序相結合的一整套系統。嵌入式系統包含從成像傳感器接收光到系統輸出的整個信號鏈。如下圖示例：

圖3.嵌入式視覺系統概念圖（圖片來自網絡）

我們可將嵌入式視覺系統視為一種緊湊型（板級）相機與單板機(SBC)或是系統模塊(SoM)等處理板的結合。嵌入式視覺系統比較常用的數據接口包括MIPI?CSI-2，LVDS接口以及適配SOM板機計算機的USB3.0接口。本文簡要介紹其中MIPI?CSI-2接口。

2.MIPICSI-2要素簡介

2.1什么是MIPI

MIPI聯盟的全稱為Mobile????（移動產業(yè)處理器接口聯盟），它是由移動通訊和娛樂電子產品行業(yè)中的絕大部分應用或硬件制造商組建而成的行業(yè)聯盟。其成立目的是對移動處理器及外設零部件（如位置芯片、相機、輸入接口、顯示等零部件）之間的所有重要接口進行標準化。

眾所周知的MIPI標準包含DSI（Display?Serial?，顯示器串行接口）規(guī)范和CSI（Camera?Serial?，相機串行接口）。

2.2何為MIPICSI-2

CSI規(guī)范在市面上投入使用已有數年之久，目前已經研發(fā)出第三代技術，即CSI-3。雖然與歷代標準相比，CSI-3具備毋庸置疑的優(yōu)勢（如其最大帶寬遠高于歷代技術），但因缺乏硬件支持，CSI-3在業(yè)內的發(fā)展大為受限。目前獲得廣泛應用的CSI-2標準已能完全滿足當前的硬件要求。

MIPI?CSI-2規(guī)范中描述了信號傳輸（D-PHY或C-PHY）的物理層以及用于圖像數據傳輸的協議，該協議是以CSI-2為基礎。該標準還指定了一種基于I2C總線的相機配置接口，即CCI（Camera?Control?，相機控制接口）。

2.3物理層：C-PHY與D-PHY

借助MIPI?CSI-2標準，圖像數據可以按順序地通過單個通道。通常會采用兩個或四個通道來連接成像芯片或相機模塊。最大可用帶寬與通道的數量成線性比例關系，也就是說，采用四個通道時的可用帶寬是使用兩個通道時的兩倍。這個標準最初起源于智能手機領域，手機后置的高分辨率相機是與四個通道相連接的，而前置的低分辨率相機只采用兩個通道。因此，幾乎所有相應的片上處理器上都會配備一個雙通道CSI-2接口以及一個四通道CSI-2接口。

圖4.D-PHY與C-PHY示意圖（上圖為兩通道MIPI示意）（圖片來自網絡）

2.4相機控制接口(CCI)

CSI-2還提供一項標準協議，它能以CCI（相機控制接口）的方式對芯片/相機模塊進行配置。從物理層面而言，CCI是以I2C總線為基礎，用戶一般可通過任意I2C接口來對相機模塊進行配置，目前幾乎所有SoC上均會提供多個I2C接口。但是，芯片/相機模塊領域以及SoC本身都缺乏一致的標準：部分SoC有必須用于配置操作的專用I2C/CCI接口。

2.5CSI-2協議層

CSI-2是一種數據包(packet)導向型協議。因此，規(guī)范中特別描述了數據包格式。規(guī)范中也指定了一般應用能正常使用的像素格式（如RGB、YUV、RAW和JPEG等）。

圖5.CSI-2數據包格式示意圖

3.MIPICSI-2優(yōu)勢及不足

3.-2接口的優(yōu)點

1.在移動處理器接口應用上，普及應用量大，價格親民；

2.隨著越來越多的常見工業(yè)嵌入式處理器（如NXP的i.MX系列、TI的部分Sitara?SoC、NVIDIA?TK1、TX1、TX2、Intel?Atom?SoC等）均開始配備MIPI?CSI-2接口，相關系統性能隨處理器性能突破不斷提升；

3.較低的系統整體功耗；

4.精巧靈活的小尺寸接口。

圖6.小尺寸的MIPICSI-2接口視覺系統示意（圖片來自網絡）

3.-2接口的潛在不足

1.較短的線材長度，通常不超過20CM；

2.MIPICSI-2接口不統一，非標準化；

3.驅動程序非標準化，選擇一款設計用于SoC的芯片/相機模塊時，須確保相關模塊也具備相應的I2C驅動程序；

4.像素格式有限，大部分CSI-2驅動程序支持的像素格式非常有限，并且不一定符合圖像處理領域要求使用的像素格式；

5.相機API不通用，不同平臺復用代碼較繁瑣。

總體而言，在充分評估MIPI接口相關參數前提下，選用MIPI?CSI-2接口相機模組，搭配性能優(yōu)異的計算主板，能夠搭建出非常理想的嵌入式視覺系統，獲得符合最終預期的優(yōu)秀產品。