Kameramodul Anleitung - phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter (L-1042d.A0)
Document Title	Kameramodul Anleitung - phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter (L-1042d.A0)
Document Type	Hardware Guide
Article Number	L-1042d.A0
Release Date	15.02.2023
Is Branch of	Kameramodul Anleitung - phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter (L-1042d.Ax) Head

Hinweis

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

phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter Kameramodul

Übersicht

Charakteristische Daten

2,3 MPixel – Sensor (1920x1200 Pixel / 2.304.000 Pixel)
monochrom (VM-020-BW-M) oder color (VM-020-COL-M)
phyCAM-M – Schnittstelle
Framerate: 120 fps (volle Auflösung)
Framerate: 268 fps bei HD 720p (theoretischer Wert)
Global Shutter
Feature Pins
zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-020-xxx-M (phyCAM-M, PL1600.0) (Vorderseite / Rückseite)

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.A4 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.

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.A4 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-020 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.

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-020 (phyCAM-M) Belegung Erweiterungsstecker

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

Hinweis

Die Signale des Erweiterungssteckers sind optional auch auf den phyCAM-M 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 AR0234

Das Kameramodul ist mit einem Bildsensor AR0233CS von ON Semicoductor bestückt. Der Sensor besitzt eine Auflösung von 1920 (H) x 1200 (V) = 2,3 MPixeln bei einem Sensorformat von 1/2.6“.

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-020 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.

DPCM Compression

Zur Komprimierung von 10 auf 8 Bit steht das DPCM (differential pulse code modulation) Verfahren zur Verfügung. Durch dieses Verfahren kann die Prozessorlast und der Speicherbedarf reduziert werden.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors.

Liquid Lens Erweiterungsstecker

Mittels des optionalen Liquid Lens Steckverbinders kann eine Liquid Lens direkt an das Kameraboard angeschlossen werden. Zusammen mit dem optionalen Steckverbinder wird auf dem Kameraboard der Liquid Lens Treiber vom Typ Supertex inc. HV982 bestückt.

Die Steuerung des Treibers bzw. der Linse wird anschließend über den I²C-Bus des phyCAM-M Interfaces vorgenommen. Details zur Konfiguration des Treiberbausteins entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des HV892.

Wird dieses Feature benötigt, kontaktieren Sie bitte unseren Vertrieb da die Standardbestückung diese Komponenten nicht vorsieht.

Pin	Dir	Funktion
1	-	GND (Signalmasse)
2	O	OUT
3	O	OUT
4	-	GND (Signalmasse)

VM-020 (phyCAM-M) Belegung Liquid Lens Erweiterungsstecker

Steckverbinder-Typ

Molex 52207-0485 oder kompatibel

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-020-xxx-M

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

2,3 MPixel – Sensor (2.304.000 Pixel)
monochrom (VM-020-BW-M) oder color (VM-020-COL-M)
phyCAM-M – Schnittstelle
Framerate: 120 fps (volle Auflösung)
Framerate: 268 fps bei HD 720p (theoretischer Wert)
Global Shutter
Feature Pins
zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-020-xxx-M (phyCAM-M, PL1600.0) (Vorderseite / Rückseite)

Spezifikation

Funktion	VM-020-BW-M^[1]	VM-020-COL-M^[1]
Kameracharakteristik
Auflösung	2,3 MPixel	2,3 MPixel
Auflösung (H x V)	1920 x 1200 Pixel	1920 x 1200 Pixel
Sensorgröße	1/2.6" 5,76 mm x 3,6 mm	1/2.6" 5,76 mm x 3,6 mm
Pixelgröße	3 µm x 3 µm	3 µm x 3 µm
Farbe / monochrom	monochrom	color
Sensortechnologie	CMOS	CMOS
Sensorchip	ON Semiconductor AR0234	ON Semiconductor AR0234
Scan-System	progressive	progressive
Shutter-Typ	global	global
Bildrate (fps)	120 fps (volle Auflösung)	120 fps (volle Auflösung)
Bildrate (fps)	268 fps bei HD 720p (theoretischer Wert)	268 fps bei HD 720p (theoretischer Wert)
Empfindlichkeit^[2]	56 ke^-/lux×s	22,3 ke⁻/lux×s
SNR_MAX^[2]	38 dB	38 dB
Dynamikbereich_^[2]	71,4 dB	71,4 dB
Belichtungszeit	programmierbar	programmierbar
Verstärkung Analog / Digital	1x … 16x / 1x … 16x pro Kanal	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 28°)	0° (optional 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
Autofokus	optional	optional
Sonderfunktionen	Siehe Sonderfunktionen	Siehe Sonderfunktionen
elektrisches Interface
Videoausgang Typ	digital	digital
Anschluss	phyCAM-M	phyCAM-M
Datenformat	MIPI CSI-2 (4 Data Lanes)	MIPI CSI-2 (4 Data Lanes)
Interface-Mode	Y8/Y10	RGGB8/RGGB10
Kameraeinstellung	I²C	I²C
Versorgungsspannung	3,3 V	3,3 V
Leistungsaufnahme (Full Res. 120 fps max)	1325 mW	1325 mW
Leistungsaufnahme (Full Res. 120 fps typ)	760 mW	760 mW
Leistungsaufn. Standby	19 mW	19 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)	6 g	6 g
Anschlüsse
phyCAM-M	Shielded FFC 30 pol.	Shielded FFC 30 pol.
Trigger / Sync.	JST 3 pol.	JST 3 pol.
Liquid Lens	Molex FFC 4 pol.	Molex FFC 4 pol.

VM-020-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	V_CAM	3,0	3,3	3,6	V
Stromaufnahme	I_CAM	-	230	-	mA
MIPI CSI-2 DATA and CLK	see MIPI CSI-2 specification and the AR0234 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)	V_{IH_RST}	2,0	3,3	5,5	V
Input low voltage (Reset)	V_{IL_RST}	-	-	0,8	V
Input high voltage (I2C_ADDR)	V_{IH_ADR}	1,0	3,3	5,5	V
Input low voltage (I2C_ADDR)	V_{IL_ADR}	-	-	0,4	V
Input high voltage (CTRL2 Trigger)	V_IH	2,0	-	5,5	V
Input low (CTRL2 Trigger)	V_IL	-	-	0,8	V
Output high (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)	V_OH	Open-Drain (max. 5,5 Volt)			V
Output low (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)	V_OL	-	-	0,8	V
Output low (CTRL1 Strobe, CTRL3 Shutter)	I_OL	-	10	-	mA
Betriebstemperatur inkl. Trigger-/Strobe-Buchse Standard Variante^[3]	T_{OP1_Ambient} T_{OP1_Junction} T_{OP1_Storage}	-25 -40 -25	- - -	85 105 85	°C °C °C
Betriebstemperatur ohne Trigger/Strobe-Buchse_^[3]	T_{OP2_Ambient} T_{OP2_Junction} T_{OP1_Storage}	-40 -40 -40	- - -	85 105 105	°C °C °C
Betriebstemperatur ohne Trigger/Strobe-Buchse und AR0234AT Typ_^[3]	T_{OP3_Ambient} T_{OP3_Junction} T_{OP1_Storage}	-40 -40 -40	- - -	105 125 105	°C °C °C
Betriebstemperatur inkl. Liquid Lens Option_^[3]	T_{OP1_Ambient} T_{OP1_Junction} T_{OP1_Storage}	-25 -40 -25	- - -	85 105 85	°C °C °C
MIPI CSI-2 Bus length on the Module	L_MIPI	-	-	15	mm
MIPI CSI-2 Intra-Pair Skew on the Module	L_diff-Intra	-	-	50	µm
MIPI CSI-2 Inter-Pair Skew on the Module	L_diff-Inter	-	-	500	µm

Masterclock Frequenz	f_MCLK	-	27	-	MHz
I²C Taktrate	f_I2C	-	100	400	kHz

VM-020-xxx-M (phyCAM-M) Interface-Charakteristik

3.	Temperaturbereich ist abhängig von den Bestückungsoptionen. Kontaktiren Sie uns für nähere Informationen.

Datenformate

monochrom (VM-020-BW-M):

Y8 (8 Bit Graustufenauflösung)
Y10 (10 Bit Graustufenauflösung)

color (VM-020-COL-M):

RGGB8 (8 Bit Bayer-Pattern)
RGGB10 (10 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
		V_CAM	2+4

VM-020 (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
Device	I²C-Adresse	I2C_ADDR	J19	J11	J10	J13	Variante
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	V_CAM	2+4	2+3	2+3	2+4	Default

VM-020 (phyCAM-M) EEPROM I2C Adressen

Device	I²C-Adresse	Konfiguration	Variante
Liquid Lens Driver^[4]	0x46	nicht konfigurierbar	optional

VM-020 (phyCAM-M) Liquid Lens Driver I2C Adressen

4.	optionale Bestückung

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-020 (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-020-xxx-M (phyCAM-M) Jumperplan (PL1600.1)

Maßzeichnung

VM-020-xxx-M (phyCAM-M) Maßzeichnung Steckerpostionen PL1600.1 (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 L-867Bd.A4 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.

Revisionshistorie

Datum	Version #	Änderungen in diesem Handbuch
15.03.2023	L-1042e.A0	Neue Version

Kameramodul Anleitung - phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter (L-1042d.A0)

Table of Contents

phyCAM-M VM-020 1/2.6“ 2,3 MPixel Global Shutter Kameramodul

Übersicht

Charakteristische Daten

Bestelloptionen

Beschreibung

phyCAM Konzept

Funktionsübersicht VM-020 Kameramodule

On-Board Clockgenerierung

On-Board EEPROM

Trigger / Strobe Erweiterungsstecker

Trigger

Strobe

Bildsensor AR0234

Spektrale Empfindlichkeit

Variable Auflösung

Embedded Statistics

Lens Shading Correction

DPCM Compression

Liquid Lens Erweiterungsstecker

Entwicklungskits

phyCAM-M VM-020-xxx-M

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

Spezifikation

Interface-Charakteristik

Datenformate

I2C Adressen

Feature Pins

Jumpermap

Maßzeichnung

Sonderfunktionen

Trigger

Strobe

Reset

Revisionshistorie

I²C Adressen