L-1018d.A0 phyCAM-M VM-016 1/4“ 1,0 MPixel Global Shutter Kameramodul Anleitung

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L-1018d.A0 phyCAM-M VM-016 1/4“ 1,0 MPixel Global Shutter Kameramodul Anleitung
Document TitleL-1018d.A0 phyCAM-M VM-016 1/4“ 1,0 MPixel Global Shutter Kameramodul Anleitung
Document TypeHardware Guide
Article NumberL-1018d.A0
Release Date01.03.2021
Is Branch ofL-1018d.Ax phyCAM-M VM-016 1/4“ 1,0 MPixel Global Shutter Kameramodul Anleitung Head

Im Dokument verwendete Bezeichnungen für Erzeugnisse, die zugleich ein eingetra­genes Warenzeichen darstellen, wurden nicht besonders gekennzeichnet. Das Fehlen der (c) / (R) - Markierung ist demzufolge nicht gleichbedeutend mit der Tatsa­che, dass die Bezeichnung als freier Warenname gilt. Ebenso wenig kann anhand der verwendeten Bezeichnung auf eventuell vorliegende Patente oder einen Ge­brauchsmusterschutz geschlossen werden.

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Hinweis

Die Standardeinstellungen in diesem Dokument sind durch fettgedruckte, blaue Schrift gekennzeichnet.

phyCAM-M VM-016 1/4“ 1,0 MPixel Global Shutter Kameramodul 

Übersicht

Charakteristische Daten

  • 1 MPixel – Sensor (1.024.000 Pixel)
  • monochrom (VM-016-BW-M) oder color (VM-016-COL-M)
  • phyCAM-M – Schnittstelle
  • Framerate: 60 fps (volle Auflösung)
  • Framerate: 66 fps bei HD 720p
  • Global Shutter
  • Feature Pins
  • zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-016-xxx-M (phyCAM-M, PL1513.0) (Rückseite / Vorderseite)

Bestelloptionen

Das Kameramodul kann mit M12 oder C/CS-Mounthalter bestellt werden. Ebenfalls eine Objektivmontage ist möglich.

Abmessungen der Halter entnehmen Sie bitte L-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.

weitere Modelle

PHYTEC bietet für die VM‑016 Kameramodule mit drei verschiedenen phyCAM Interfaces an:

  • phyCAM‑P    - parallele Datenschnittstelle
  • phyCAM‑S+ - serielle LVDS Datenschnittstelle
  • phyCAM‑M  - MIPI CSI-2 Datenschnittstelle

Beschreibung

phyCAM Konzept

Die Kameramodule der phyCAM – Serien ermöglichen eine einfache und effiziente Ausstattung von Microcontrollerdesigns mit Bildverarbeitungstechnologie.

Kameramodule mit phyCAM - Interface können direkt mit dem digitalen Kamerainterface ausgewählter PHYTEC- Microcontrollermodule ver­bun­den werden. Dies ermöglicht die einfache Integration von Kamera­technologie in kompakte, projektspezifisch gestaltete Produkte. Viele BSPs (Board-Support-Packages) von PHYTEC-Microcontrollermodulen beinhalten bereits die entsprechenden Softwaretreiber für die phyCAM – Module.

Durch die offene Schnittstellendefinition können phyCAM-Module auch zusammen mit anderen Microcontrollern bzw. Hardware-Designs eingesetzt werden, die eine entsprechende Kameraschnittstelle besitzen.

Die Schnittstellen der phyCAM – Produkte sind innerhalb der jeweiligen Produktserien identisch. Dies ermöglicht es, verschiedene Kameramodule mit der gleichen Applikationsschaltung zu verbinden. Damit ist eine Skalierbarkeit während der Designphase und in zukünftigen Designvarianten möglich.

Für die Entwicklungsphase stehen Evaluierungskits zur Verfügung.

Hinweise

Weiterführende Informationen zum phyCAM-Konzept und wichtige Hinweise zum Design-In finden Sie im Dokument L-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.
Informationen zur Softwareintegration der Kameramodule finden Sie im L-867Ad.A0 Quickstart Guide Inbetriebnahme phyCAM mit Embedded Imaging Kit.
Wir empfehlen, vor der Integration des Kameramoduls die Informationen in diesen beiden Dokumenten zu beachten.

Funktionsübersicht VM-016 Kameramodule

On-Board Clockgenerierung

Der Masterclock (MCLK) für den Kamerasensor wird mit einem 27 MHz Oszillator auf dem Kameramodul erzeugt. Mit der internen PLL des Kamerasensors wird die benötigte Betriebsfrequenz des Sensors erzeugt.

Damit ist es nicht erforderlich, den Masterclock extern zu erzeugen und auf das Kameramodul zu führen. Entsprechende Pins des phyCAM-Interfaces können unbeschaltet bleiben bzw. zur besseren GND Anbindung mit der Betriebsmasse des Basisboards verbunden werden.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors.

On-Board EEPROM

Auf den Kameramodulen ist ein 2 kB EEPROM (M24C02-R oder kompatibel) bestückt. Es kann beispielsweise verwendet werden um individuelle Konfigurationen oder eine Identifikationsnummer zu speichern.

Die Adressierung des EEPROM kann durch Lötjumper individuell vorgenommen werden. Die Adressierung ist in den entsprechenden Abschnitten „I²C Adressen“ der einzelnen Interfacevarianten näher beschrieben.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des EEPROMs

Trigger / Strobe Erweiterungsstecker

Die Signale TRIGGER_IN und STROBE_OUT können für die exakte zeitliche Aufnahmesteuerung, Beleuchtungssteuerung oder das Synchronisieren mehrerer Kameras verwendet werden.

Pin

Dir

Funktion

1

I

TRIGGER_IN

2

-

GND (Signalmasse)

3

O

STROBE_OUT

VM-016 (phyCAM-P / phyCAM-S+ / phyCAM-M) Belegung Erweiterungsstecker (X2)

Steckverbinder-Typ: JST BM03B-SRSS-TB
passende Steckergehäuse: JST SHR-03V-S

Hinweis

Die Signale des Erweiterungssteckers sind bei den Varianten phyCAM-P und phyCAM-M optional auch auf den jeweiligen Schnittstellenverbindern vorhanden. Siehe Abschnitt „Feature Pins“ in den jeweiligen Beschreibungen.

Trigger

Der Trigger-Eingang stellt folgende Funktion zur Verfügung:

  • Im Slave-Modus des Sensors wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme gesteuert. Ein High-Level am Trigger-Eingang löst eine Bildaufnahme aus.

Einzelheiten zur Triggerung finden Sie im Datenblatt des Kamerasensors.

Strobe

Der Strobe-Ausgang stellt folgende Funktion zur Verfügung:

  • Während der Belichtungszeit des Bildsensors einen High-Level ausgegeben.

Einzelheiten zum Strobe-Signal finden Sie im Datenblatt des Kamerasensors.

Bildsensor AR0144

Das Kameramodul ist mit einem Bildsensor AR0144CS von ON Semicoductor bestückt. Der Sensor besitzt eine Auflösung von 1280 (H) x 800 (V) = 1,0 MPixeln bei einem Sensorformat von 1/4“.

Der Bildsensor ist mit einem Global Shutter ausgestattet und in einer monochromen Version oder mit Bayer-Pattern Farbmaske erhältlich. Aufgrund des phyCAM Konzepts stehen die Sonderfunktionen des Sensors auf fast allen Interfacevarianten zur Verfügung. Weitergehende Informationen zu den einzelnen Funktionen des Sensors können dem Datenblatt des Herstellers entnommen werden.

Spektrale Empfindlichkeit

Hinweis

Detaillierte technische Daten entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des Kamerasensors. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Dokuments unterliegen die Angaben der Geheimhaltung und können nur mittels NDA mit ON Semiconductor eingesehen werden.

Variable Auflösung

Der Kamerasensor der VM-016 ermöglicht – wie andere phyCAM-Module auch – die Verringerung der effektiven Bildauflösung durch verschiedene Verfahren. Dadurch lassen sich Bildausschnitt und die erzeugte Datenmenge optimal an die Anforderungen der Anwendung anpassen. Durch die Reduzierung der Auflösung kann außerdem die Bildwiederholrate erhöht werden.

Je nach gewünschter Auflösung und Anforderungen der Applikation können verschiedene Verfahren zur Reduzierung der Auflösung benutzt werden:

  • windowing/cropping/ROI:
    Das Bild wird nur von einem Teilbereich des Sensors ausgelesen (Region of Interest – ROI). Pixel außerhalb dieses Feldes werden übersprungen. Dieses Verfahren verringert die effektive Größe des Bildfensters auf dem Sensor, was bei der Berechnung der Optik berücksichtigt werden muss. Der Beginn des Bildfensters kann auf dem physikalischen Sensor verschoben werden, wodurch elektronisches Schwenken möglich ist.
  • binning:
    Beim Binning werden benachbarte Pixel zusammengefasst. Dadurch steigt die effektive Größe eines Pixels und die Lichtempfindlichkeit nimmt zu. Bei Farbsensoren ist zu beachten, dass nicht direkt benachbarte Pixel zusammengefasst werden, sondern die nächsten Pixel der gleichen Farbe (siehe Sensordatenblatt).
  • skipping:
    Beim Auslesen werden Pixel übersprungen. Die effektive Sensorfläche wird daher bei der Reduzierung der Auflösung nicht oder nur geringer verkleinert. Dies ist ggf. bei der Berechnung der Optik oder beim Umschalten zwischen verschiedenen Modi nützlich (elektronischer Zoom).

Embedded Statistics

Zusätzlich zu den Bildinformationen können zwei weitere Zeilen ausgegeben werden mit statistischen Daten des Bilds.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors.

Lens Shading Correction

Im Sensor ist ein Algorithmus zur Korrektur der Linsenschattierung integriert.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors.

A-Law Compression

Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann im Sensor die Quantisierung der analogen Pixelinformation mit der A-Kennlinie vorgenommen werden.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors.

Entwicklungskits

Zur Inbetriebnahme der Kamera und Unterstützung der Entwicklung sind Single-Board-Computer (SBC-Kits) für verschiedene Controller-Plattformen erhältlich. Das Sortiment an passenden Kits wird ständig erweitert. Bitte informieren Sie sich auf unserer Webseite über aktuell erhältliche Kits. Der PHYTEC-Vertrieb berät Sie gerne bei der Zusammenstellung von Kits und Komponenten.

phyCAM-M VM-016-xxx-M

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

  • 1 MPixel – Sensor (1.024.000 Pixel)
  • monochrom (VM-016-BW-M) oder color (VM-016-COL-M)
  • phyCAM-M – Schnittstelle
  • Framerate: 60 fps (volle Auflösung)
  • Framerate: 66 fps bei HD 720p
  • Global Shutter
  • Feature Pins
  • zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-016-xxx-M (phyCAM-M, PL1513.0) (Rückseite / Vorderseite)

Spezifikation

Funktion

VM-016-BW-M[1]

VM-016-COL-M[1]

Kameracharakteristik



Auflösung

1 MPixel

1 MPixel

Auflösung (H x V)

1280 x 800 Pixel

1280 x 800 Pixel

Sensorgröße

1/4"  3,84 mm x 2,4 mm

1/4"  3,84 mm x 2,4 mm

Pixelgröße

3 µm x 3 µm

3 µm x 3 µm

Farbe / monochrom

monochrom

color

Sensortechnologie

CMOS

CMOS

Sensorchip

ON Semiconductor AR0144

ON Semiconductor AR0144

Scan-System

progressive

progressive

Shutter-Typ

global

global


Bildrate (fps)

60 fps (volle Auflösung)

60 fps (volle Auflösung)

66 fps bei HD 720p

66 fps bei HD 720p

Empfindlichkeit[2]

56 ke-/lux×s

22,3 ke/lux×s

SNRMAX[2]

38 dB

38 dB

Dynamikbereich[2]

71 dB

71 dB

Belichtungszeit

programmierbar

programmierbar

Verstärkung Analog / Digital

1x … 16x / 1x … 16x

1x … 16x / 1x … 16x pro Kanal

AEC /AGC

ja /ja

ja / ja

Skipping

2 / 4 / 8 / 16

2 / 4 / 8 / 16

Binning

ja

ja

Chief Ray Angle

0° (optional 20° / 28°)

0° (optional 20° / 28°)

extern Trigger / Sync.

Trigger / Strobe

Trigger / Strobe

ROI

ja

ja

Mirror / Flip

ja

ja

Image Processor

n/a

n/a

LED-Beleuchtung

n/a

n/a

Sonderfunktionen

Siehe Sonderfunktionen

Siehe Sonderfunktionen

elektrisches Interface



Videoausgang Typ

digital

digital

Anschluss

phyCAM-M

phyCAM-M

Datenformat

MIPI CSI-2 (2 Data Lanes)

MIPI CSI-2 (2 Data Lanes)

Interface-Mode

Y8/Y10/Y12

RGGB8/RGGB10/RGGB12

Kameraeinstellung

I²C

I²C

Versorgungsspannung

3,3 V

3,3 V

Leistungsaufnahme (max)

325 mW

325 mW

Leistungsaufn. Standby

2 mW

2 mW

mechanische Daten



Objektivanschluss

kein / M12 / C-CS

kein / M12 / C-CS

Abmessungen (mm)

34 x 34

34 x 34

Befestigung

4 x M2.5

4 x M2.5

Gewicht (PCB)

5 g

5 g

Anschlüsse



phyCAM-M

Shielded FFC 30 pol.

Shielded FFC 30 pol.

Trigger / Sync.

JST 3 pol.

JST 3 pol.

VM-016-xxx-M (phyCAM-M) Spezifikation 

1.

n/a: nicht zutreffend. Alle Angaben können technischen Änderungen unterliegen

2.

Spezifische Angabe des Sensorherstellers. Siehe Datenblatt des Sensorchips.

Interface-Charakteristik

 

Symbol

min

typ

max

Einheit

Betriebsspannung

VCAM

3,0

3,3

3,6

V

Stromaufnahme

ICAM

-

90

-

mA

MIPI CSI-2 DATA and CLK

see MIPI CSI-2 specification and the AR0144 Sensor Datasheet

I²C

see I2C specification for 3,3 V Fast-mode System

Accept: Maximum Low-Pegel at SCL and SDA <=840 mV

Input high voltage (Reset)

VIH_RST

2,0

3,3

5,5

V

Input low voltage (Reset)

VIL_RST

-

-

0,8

V

Input high voltage (I2C_ADDR)

VIH_ADR

1,0

3,3

5,5

V

Input low voltage (I2C_ADDR)

VIL_ADR

-

-

0,4

V

Input high voltage (CTRL2 Trigger)

VIH

2,0

-

5,5

V

Input low (CTRL2 Trigger)

VIL

-

-

0,8

V

Output high (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)

VOH

Open-Drain (max. 5,5 Volt)

V

Output low (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)

VOL

-

-

0,8

V

Output low (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)

IOL

-

10

-

mA

Betriebstemperatur[3]

TOP

-40

-

85

°C

Lagertemperatur[3]

TSTG

-40

-

85

°C

MIPI CSI-2 Bus length on the ModuleLMIPI--13mm
MIPI CSI-2 Intra-Pair Skew on the ModuleLdiff-Intra--50µm
MIPI CSI-2 Inter-Pair Skew on the ModuleLdiff-Inter--500µm

 

Symbol

min

typ

max

Einheit

Masterclock Frequenz

fMCLK

-

27

-

MHz

I²C Taktrate

fI2C

-

100

400

kHz

3.

-25°C - +85°C  mit optionaler Trigger/Strobe-Buchse

Datenformate

monochrom (VM-016-BW-M):

  • Y8 (8 Bit Graustufenauflösung)
  • Y10 (10 Bit Graustufenauflösung)
  • Y12 (12 Bit Graustufenauflösung)

color (VM-016-COL-M):

  • RGGB8 (8 Bit Bayer-Pattern)
  • RGGB10 (10 Bit Bayer-Pattern)
  • RGGB12 (12 Bit Bayer-Pattern)

I2C Adressen


Device


I²C-Adresse

Konfiguration


Variante

I2C_ADDR

J19




Camera Sensor

0x20

X

2+3




alle

GND

2+4

0x30

X

1+2

VCAM

2+4

VM-016 (phyCAM-M) I2C Adressen

Weitere I2C-Adressen können softwaremäßig innerhalb des Kamerasensors konfiguriert werden. Weitere Details hierzu entnehmen Sie bitte dem Sensordatenblatt.


Device


I²C-Adresse

Konfiguration


Variante

I2C_ADDR

J19

J11

J10

J13









EEPROM

0xA0

X

X

1+2

1+2

2+3







optional

0xA2

X

X

1+2

1+2

1+2

0xA4

X

X

1+2

2+3

2+3

0xA6

X

X

1+2

2+3

1+2

0xA8

X

X

2+3

1+2

2+3

0xAA

X

X

2+3

1+2

1+2

0xAC

X

X

2+3

2+3

2+3

0xAE

X

X

2+3

2+3

1+2

0xAC

GND

2+4

2+3

2+3

2+4


Default

0xAE

VCAM

2+4

2+3

2+3

2+4

VM-016 (phyCAM-M) EEPROM I2C Adressen

Die I²C-Adressen sind hexadezimal in 8 Bit – Darstellung angegeben. In Linux wird ggf. mit 7 Bit – Darstellung gearbeitet. In diesem Fall ist der Adresswert eine Stelle nach rechts zu shiften. Die Angabe bezieht sich auf die Schreibadresse (Bit 0 = 0), die Leseadresse ist entsprechend Bit 1 = 1 um 1 erhöht.

Feature Pins

Signal

Pin

Funktion

I/O

Konfiguration

I2C_ADDR

7

I²C-Address-Select

I

J19: 2+4

CTRL1

11

Strobe Output

O

 

CTRL2

12

Trigger Input

I


CTRL3

13

Shutter Output

O


CTRL4

14

Offen

-


VM-016 (phyCAM-M) Feature Pins

Hinweise

Beschreibt die interne Konfiguration des Kameramoduls, um diese Funktion zu aktivieren.

NOMT = not mounted = unbestückt

Sonderkonfigurationen können bei Serienlieferungen von PHYTEC bestückt werden. Bitte sprechen Sie dazu mit unseren Vertriebsmitarbeitern.

Die Signale CTRL1 (Strobe Output) und CTRL3 (Shutter Output) sind Open-Drain-Ausgänge. Auf dem Basisboard ist jeweils ein Pullup-Widerstand vorzusehen.

Jumpermap

VM-016-xxx-M (phyCAM-M) Jumperplan (PL1513.1)

Maßzeichnung

VM-016-xxx-M (phyCAM-M) Maßzeichnung Steckerpostionen (Rückansicht)

VM-016-xxx-M (phyCAM-M) Maßzeichnung Steckerpostionen (Rückansicht)

Hinweis

Aktuelle DXF und STEP Daten für Ihr Design stehen auf unser Internetseite zur Verfügung.

Sonderfunktionen

Trigger

Der Trigger-Eingang stellt folgende Funktion zur Verfügung:

  • Im Slave-Modus des Sensors wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme gesteuert. Ein High-Level am Trigger-Eingang löst eine Bildaufnahme aus.

Einzelheiten zur Triggerung finden Sie im Datenblatt des Kamerasensors.

Der Trigger-Eingang ist an Pin 1 des Erweiterungssteckers X2 vorhanden.

Zusätzlich ist der Trigger-Eingang an CTRL2 (Pin 12) des phyCAM-M Steckers verfügbar.

Strobe

Der Strobe-Ausgang stellt folgende Funktion zur Verfügung:

  • Während der Belichtungszeit des Bildsensors wird ein High-Level ausgegeben.

Einzelheiten zum Strobe-Signal finden Sie im Datenblatt des Kamerasensors.

Das Strobe-Signal ist an Pin 3 des Erweiterungssteckers X2 vorhanden. Außerdem ist das Strobe-Signal an CTRL1 (Pin 11) des phyCAM-M Steckers verfügbar.

Hinweis

Das Strobe-Signal ist ein Open-Drain-Ausgang und benötigt einen Pullup-Widerstand auf der Applikationsplatine.

Reset

Siehe phyCAM Konzept und Design-In L-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.

Revisionshistorie

Datum

Version #

Änderungen in diesem Handbuch

01.03.2021

Manual L-1018d.A0

Neue Version