开发具有不同传感器的视觉系统

2019年10月21日//由汤姆Watzka
视觉系统
无人机、智能汽车和增强或虚拟现实(AR/VR)头盔都使用多个图像传感器,通常是不同类型的,以捕获有关其操作环境的数据。为了提供系统所需的图像数据,每个传感器都需要连接到系统的应用处理器(AP),这对嵌入式工程师提出了设计挑战。

第一个挑战是AP用于连接传感器的I/O端口数量有限,因此必须仔细分配I/O端口,以确保所有需要连接到AP的离散组件都有一个端口。其次,无人机和AR/VR头盔的外形尺寸较小,使用电池供电。因此,在这些应用程序中使用的组件必须尽可能小和节能。

AP I/O端口短缺的一个解决方案是使用虚拟通道,如MIPI摄像机串行接口2 (CSI-2)规范中定义的那样。它们可以将多达16个不同的传感器流合并成一个单一的流,然后通过一个I/O端口发送到AP。

虚拟信道实现的硬件平台选择是现场可编程门阵列(FPGA)。替代硬件平台需要很长时间来设计,而且可能不具备无人机或AR/VR头盔等应用所需的低功耗性能。有些人可能会认为fpga占用的空间太大,消耗的能量太大,不能作为虚拟通道支持的可行平台。但是半导体设计和制造的进步使新一代更小、更节能的fpga成为可能。

情境overview

消费者对无人机、智能汽车和AR/VR头盔的需求日益增长,推动了传感器市场的巨大增长。Semico Research认为汽车(27% CAGR)、无人机(27% CAGR)和AR/VR耳机(166% CAGR)应用是传感器的主要需求驱动因素,并预测到2022年,半导体oem每年将出货超过15亿个图像传感器。

上面提到的应用程序需要多个传感器来捕获关于应用程序操作环境的数据。例如,一辆智能汽车可以使用几个高清图像传感器用于后视镜和周围摄像头,一个激光雷达传感器用于目标检测,一个雷达传感器用于盲点监控参见图1

1.在今天的智能汽车中,传感器(雷达/激光雷达,
图像、飞行时间等)支持这样的应用程序
紧急刹车,后视摄像头,还有碰撞
避免。

传感器的激增带来了一个问题,因为所有这些传感器都需要向汽车的AP发送数据,而AP可用的I/O端口数量有限。更多的传感器也会增加设备电路板上AP的连线密度,这就给像耳机这样的小型设备带来了设计占用空间的挑战。

AP I/O端口短缺的一个解决方案是使用虚拟通道。虚拟通道将来自不同传感器的视频流合并为单个流,可以通过单个I/O端口发送给AP。目前流行的将摄像机传感器连接到AP的标准是由MIPI联盟开发的MIPI摄像机串行接口2 (CSI-2)规范。通过使用CSI-2虚拟通道功能,CSI-2可以将最多16种不同的数据流合并为一个。然而,将来自不同图像传感器的流合并到一个视频流中存在几个挑战。

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