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Kameramodule Anleitung - phyCAM-L VM-016 1/4“ 1 MPixel Global Shutter (L-1037d.A2)

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Kameramodule Anleitung - phyCAM-L VM-016 1/4“ 1 MPixel Global Shutter (L-1037d.A2)
Document TitleKameramodule Anleitung - phyCAM-L VM-016 1/4“ 1 MPixel Global Shutter (L-1037d.A2)
Document TypeHardware Guide
Article NumberL-1037d.A2
Release Date19.09.2023
Is Branch ofKameramodule Anleitung - phyCAM-L VM-016 1/4“ 1 MPixel Global Shutter (L-1037d.Ax) Head

Hinweis

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

phyCAM-L VM-016 1/4“ 1 MPixel Kameramodul

Überblick

Die VM-016 Kameramodule sind mit dem CMOS-Sensor AR0144 von ON Semiconductor ausgestattet.

Alle Varianten besitzen ein EEPROM (2 kB), eine On-Board-Clockgenerierung sowie einen Erweiterungsstecker zur Synchronisierung der Bildaufnahme (Trigger / Strobe).

PHYTEC bietet die VM‑016 Kameramodule mit folgenden Interfaces/Produktserien an:

  • phyCAM-P
  • phyCAM-S+
  • phyCAM‑M
  • phyCAM-L

Bitte verwenden Sie für das entsprechende Interface das zugehörige Manual.

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 L-867Bd.A4 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.
Informationen zur Softwareintegration der Kameramodule finden Sie unter Anderem im L-1029e.A2 phyCAM with phyBOARD-Pollux i.MX 8M Plus Getting Started.
Wir empfehlen, vor der Integration des Kameramoduls die Informationen in diesen beiden Dokumenten zu beachten.

Funktionsübersicht VM-016-L Kameramodule

FPD-Link III

Der FPD-Link III arbeitet mit dem DS90UB953 von TI.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Serializers.

Power-Over-Coax

Die Spannungsversorgung des Kameramoduls wird per Power-Over-Coax zugeführt. Das Modul benötigt keine weitere Spannungsquelle.

On-Board Clockgenerierung

Der Masterclock (MCLK) für den Kamerasensor wird über den FPD-Link III erzeugt und kann hierrüber auch konfiguriert werden. Mit der internen PLL des Kamerasensors wird anschließend die benötigte Betriebsfrequenz des Sensors erzeugt.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des Sensors bzw. der FPD-Link III Ser-Des Kombination.

On-Board EEPROM

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

Die Adressierung des EEPROM kann durch einen 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

(10 kOHM Pull-Up gegen 3,3 V)

2

-

GND (Signalmasse)

3

O (Open-Drain)

STROBE_OUT

VM-016 (phyCAM-L) Belegung Erweiterungsstecker
Steckverbinder-TypJST BM03B-SRSS-TB
passende SteckergehäuseJST SHR-03V-S
Trigger / Strobe Erweiterungsstecker Informationen


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.

Expansion Connector (optional)

Über den optionalen Expansion Connector ist es z.B. möglich direkt an der Kamera weitere Zusatzfeatures (Beleuchtung, Autofocus usw.) zu realisieren.

Pin

Dir

Funktion

1

-

VPOC (Power-Over-Coax Versorgungsspannung max. 0,75 A (Kamera + Last))[1]

2

I/O (Open-Drain)

I2C_SDA (max. Low Level bei 0,54 V)

3

I/O (Open-Drain)

I2C_SCL (max. Low Level bei 0,54 V)

4-GND
5O (Open-Drain)STROBE_OUT (Strobe)
VM-016 (phyCAM-L) Belegung Erweiterungsstecker (X10)

1.

Der maximale Stromfluss und Leistungsentnahme an Vcam darf den maximalen zulässigen Stromfluss und Leistung über die PoC Verbinding nicht überschreiten.
Es ist darauf zu achten, den Gesamt-Ripple/Noise möglichst gering zu halten.
Die Minimale Versorgungssspannung muss um den Betrag der DCR Verluste angehoben werden, wenn zusätzlich Leistung über den Expansion Connector entnommen wird.
Siehe hierzu L-867Bd.A4 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide.

Steckverbinder-Typ1180 V 05 von Nexus Components oder kompatibel
passendes Gegenstück1150 V 05 von Nexus Components oder kompatibel
Expansion Connector Informationen

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-L VM-016-xxx-L

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

  • 1 MPixel – Sensor (1.024.000 Pixel)
  • monochrom (VM-016-BW-L) oder color (VM-016-COL-L)
  • 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-L (phyCAM-M, PL1568.0) (Rückseite / Vorderseite)

Spezifikation

Funktion

VM-016-BW-L[2]

VM-016-COL-L[2]

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[3]

56 ke-/lux×s

22,3 ke−/lux×s

SNRMAX[3]

38 dB

38 dB

Dynamikbereich[3]

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

Expansion ConnectorVersorgungsspannung, I2C, Strobe

Versorgungsspannung, I2C, 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-L

phyCAM-L

Datenformat

FPD-LINK III (Power-Over-Coax)

FPD-LINK III (Power-Over-Coax)

Interface-Mode

Y8/Y10/Y12

RGGB8/RGGB10/RGGB12

Kameraeinstellung

I²C

I²C

Versorgungsspannung

4,5 V bis 13,2 V

4,5 V bis 13,2 V

Leistungsaufnahme (max)

1300 mW + Expansion Connector

1300 mW + Expansion Connector

Leistungsaufn. Standby (typ)

500 mW + Expansion Connector

500 mW + Expansion Connector

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)

6,2 g

6,2 g

Anschlüsse



phyCAM-L

TE 2334884-1 (UMCC-Connector)

TE 2334884-1 (UMCC-Connector)

Trigger / Sync.

JST 3 pol.

JST 3 pol.

Expansion ConnectorNexus 1180 V 05Nexus 1180 V 05
VM-016-xxx-L (phyCAM-L) Spezifikation 

2.

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

3.

Spezifische Angabe des Sensorherstellers. Siehe Datenblatt des Sensorchips.

Interface-Charakteristik

 

Symbol

min

typ

max

Einheit

Betriebsspannung

VCAM

4,5

5

13,2

V

Stromaufnahme (at 5 Volt)

ICAM

-

165

260

mA

DCR des PoC FiltersRPoC-600-mΩ
FPD-LINK III output voltageVFPD-0,3-1,21V
FPD-LINK III Link FrequenzfFPD--2,08GHz
I2C

see I2C specification for 1,8 V - 5 V Fast-mode System

Accept: Maximum Low-Pegel at SCL and SDA <=540 mV

I2C TaktfrequenzfI2C-100400kHz

Input high voltage (TRIGGER_IN)

VIH

2

-

5,5

V

Input low (TRIGGER_IN)

VIL

-0,5

0

0,8

V

Output high (STROBE_OUT)

VOH

Open-Drain (max. 5,5 Volt)

V

Output low (STROBE_OUT)

VOL

-

0

0,4

V

Output low (STROBE_OUT)

IOL

-

3

-

mA

Betriebstemperatur[4][5]

TOP1_Ambient

TOP1_Junction_AR0144

TOP1_Storage

-30

-40

-30

-

-

-

70

105

85

°C

°C

°C

VM-016-xxx-L (phyCAM-L) Interface-Charakteristik

4.

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

Die Junction Temperatur des AR0144 darf 105°C nicht überschreiten. 

Je nach Betriebszustand und Maßnahmen der Wärmeabfuhr kann die ambiente Temperatur schwanken.

5.

The phyCAM-L UMCC Connector must not heat up above 85°C.

Datenformate

monochrom (VM-016-BW-L):

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

color (VM-016-COL-L):

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

I2C Adresse Sensor


Device


I²C-Adresse

Konfiguration
GPIO_1 (DE90UB953)

Variante

Camera Sensor

0x20

LOW


alle

0x30

HIGH

VM-016 (phyCAM-L) I2C Adressen Sensor

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. 

I2C Adresse Serializer (DS90UB953)


Device


I²C-Adresse

Konfiguration

R11

Serializer

0x30

39 kOhm

VM-016 (phyCAM-L) I2C Adressen DS90UB953

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.

Weitere I2C-Adressen können Empfängerseitig innerhalb des Deserializers (DS90UB954) konfiguriert werden.

I2C Adresse EEPROM

DeviceI²C-AdresseKonfigurationVariante
J2


EEPROM

0xAC1+2


alle

0xAE2+3
VM-016 (phyCAM-L) 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.

Jumpermap

VM-016-xxx-L (phyCAM-L) Jumperplan (PL1568.2)

Maßzeichnung

VM-016-xxx-L (phyCAM-L) Maßzeichnung Steckerpostionen (Rückansicht) Allgemeintoleranz +- 0,25 mm


Die außeren Bohrungen haben einen Bohrdurchmesser von 2,7 mm und die beiden inneren Bohrungen 2,6 mm.

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.

Das Strobe-Signal ist an Pin 1 des Trigger/Strobe Erweiterungssteckers vorhanden.

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 Trigger/Strobe Erweiterungssteckers vorhanden.

Hinweis

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

Revisionshistorie

Date

Version #

Änderungen in diesem Handbuch

11.08.2022

L-1037d.A0

Neue Version

24.02.2023

L-1037d.A1

Add reference L-1029

19.09.2023

L-1037d.A2

Change table "serializer address"