L-1021d.A0 phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel Kameramodule Anleitung

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L-1021d.A0 phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel Kameramodule Anleitung
Document TitleL-1021d.A0 phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel Kameramodule
Document TypeHardware Guide
Article NumberL-1021d.A0
Release Date01.03.2021
Is Branch ofL-1021d.Ax phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel Kameramodule Head

Im Buch verwendete Bezeichnungen für Erzeugnisse, die zugleich ein eingetra­genes Warenzeichen darstellen, wurden nicht besonders gekennzeichnet. Das Fehlen der ã 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.

Die Informationen in diesem Handbuch wurden sorgfältig überprüft und können als zutreffend angenommen werden. Dennoch sei ausdrücklich darauf verwiesen, dass die Firma PHYTEC Messtechnik GmbH weder eine Garantie noch die juristi­sche Verantwortung oder irgendeine Haftung für Folgeschäden übernimmt, die auf den Gebrauch oder den Inhalt dieses Handbuches zurück­zuführen sind. Die in diesem Handbuch enthaltenen Angaben können ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Die Firma PHYTEC Messtechnik GmbH geht damit keinerlei Verpflichtungen ein.

Ferner sei ausdrücklich darauf verwiesen, dass PHYTEC Messtechnik GmbH we­der eine Garantie noch die juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für Folgeschäden übernimmt, die auf falschen Gebrauch oder falschen Einsatz der Hard- bzw. Software zurückzuführen sind. Ebenso können ohne vorherige An­kündigung Layout oder Design der Hardware geändert werden. PHYTEC Messtechnik GmbH geht damit keinerlei Verpflichtungen ein.

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Hinweis

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

phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel Kameramodule

Überblick

Die VM-017 Kameramodule sind mit dem CMOS-Sensor AR0521 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‑017 Kameramodule mit folgenden Interfaces/Produktserien an:

  • 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 Dokument L-868d.Ax.
Informationen zur Softwareintegration der Kameramodule finden Sie im Dokument L-867d.Ax .
Wir empfehlen, vor der Integration des Kameramoduls die Informationen in diesen beiden Dokumenten zu beachten.

Funktionsübersicht VM-017 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 / CTRL2

2

-

GND (Signalmasse)

3

O

STROBE_OUT / CTRL1

VM-017 (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 Variante phyCAM-M optional auch auf den jeweiligen Schnittstellenverbindern vorhanden. Siehe Abschnitt „Feature Pins“ in den jeweiligen Beschreibungen.

Statt CTRL1 kann auch CTRL3 auf STROBE_OUT geführt werden. Hierbei muss J25 von 1+2 auf 2+3 geändert werden.

Trigger

Der Trigger-Eingang stellt folgende Funktion zur Verfügung:

  • Im Trigger-Modus des Sensors wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme gesteuert. Wird der Soft Standby Mode zum Triggern verwendet wird ein Low-Level am Trigger-Eingang zur Bildaufnahme benötigt.

Einzelheiten zur Aktivierung der 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.
  • Der Sensor bietet einstellmöglichkeiten für einen LED-Flash oder einen Xenon-Flash.

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

Bildsensor AR0521

Das Kameramodul ist mit einem Bildsensor AR0521 von ON Semicoductor bestückt. Der Sensor besitzt eine Auflösung von 2592 (H) x 1944 (V) = 5,038848 MPixeln bei einem Sensorformat von 1/2.5“.

Der Bildsensor ist mit einem Rolling Shutter (Global Reset Mode wird ebenfalls unterstützt) ausgestattet und in einer monochromen Version oder mit Bayer-Pattern Farbmaske erhältlich. 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-017 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).

Lens and Color Shading Correction

Im Sensor ist ein Algorithmus zur Korrektur der Linsenschattierung integriert.

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-017-xxx-M

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

  • 5,1 MPixel – Sensor (5.038.848 Pixel)
  • monochrom (VM-017-BW-M) oder color (VM-017-COL-M)
  • phyCAM-M – Schnittstelle
  • Framerate: XX fps (volle Auflösung)
  • Framerate: XX fps bei HD 720p
  • Feature Pins
  • Low-light Performance
  • Line Interleaved HDR
  • Integrated Color and Lens Shading
  • zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-017-xxx-M (phyCAM-M, PL1513.0) (Rückseite / Vorderseite)

Spezifikation

Funktion

VM-017-BW-M[1]

VM-017-COL-M[1]

Kameracharakteristik



Auflösung

5,1 MPixel

5,1 MPixel

Auflösung (H x V)

2592 x 1944 Pixel

2592 x 1944 Pixel

Sensorgröße

1/2.5"  5,7 mm x 4,28 mm

1/2.5"  5,7 mm x 4,28 mm

Pixelgröße

2,2 µm x 2,2 µm

2,2 µm x 2,2 µm

Farbe / monochrom

monochrom

color

Sensortechnologie

CMOS

CMOS

Sensorchip

ON Semiconductor AR0521

ON Semiconductor AR0521

Scan-System

progressive

progressive

Shutter-Typ

rolling

rolling


Bildrate (fps)

~60 fps (volle Auflösung)

~60 fps (volle Auflösung)

~125fps bei 1080p

~125 fps bei 1080p

Empfindlichkeit[2]

36 ke-/lux×s

18.8 ke/lux×s

SNRMAX[2]

40 dB

40 dB

Dynamikbereich[2]

74.3 dB

>96 dB Interleaved HDR

74.3 dB

>96 dB Interleaved HDR

Belichtungszeit

programmierbar

programmierbar

Verstärkung Analog / Digital

1x … 16x / 1x … 8x

1x … 16x / 1x … 8x pro Kanal

AEC /AGC

nein / nein

nein / nein

Skipping

2 / 3 / 4

2 / 3 / 4

Binning

ja

ja

Chief Ray Angle

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 (2-4 Data Lanes)

MIPI CSI-2 (2-4 Data Lanes)

Interface-Mode

Y8/Y10/Y12

RGGB8/RGGB10/RGGB12

Kameraeinstellung

I²C

I²C

Versorgungsspannung

3,3 V

3,3 V

Leistungsaufnahme (max)

680 mW

680 mW

Leistungsaufn. Standby (typ)

15 mW

15 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-017-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

-

180

-

mA

MIPI CSI-2 DATA and CLK

see MIPI CSI-2 specification and the AR0521 Sensor Datasheet

I²C

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

Input high voltage (Reset)

VIH_RST

2,0

3,3

5,5

V

Input low voltage (Reset)

VIL_RST

-0,5

0

0,8

V

Input high voltage (I2C_ADR)

VIH_ADR

1

3,3

3,6

V

Input low voltage (I2C_ADR)

VIL_ADR

-

-

0,4

V

Input high voltage (CTRL2, CTRL4, TRIGGER_IN)

VIH

2

-

5,5

V

Input low (CTRL2, CTRL4, TRIGGER_IN)

VIL

-

-

0,8

V

Output high (CTRL1, CTRL3, STROBE_OUT)

VOH

Open-Drain (max. 5,5 Volt)

V

Output low (CTRL1, CTRL3, STROBE_OUT)

VOL

-

-

0,4

V

Output low (CTRL1, CTRL3, STROBE_OUT)

IOL

-

10

-

mA

Betriebstemperatur[3][4]

TOP-30-

Junction: <=85

Ambiente: < 65

°C

Lagertemperatur[3]

TSTG-30-85°C
MIPI CSI-2 Bus length on the ModuleLMIPI--25mm
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. Die Junction Temperatur darf 85°C nicht überschreiten. 

4.

Die Junction Temperatur kann ausgelesen werden. Je nach Betriebszustand kann die ambiente Temperature schwanken.   

Datenformate

monochrom (VM-017-BW-M):

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

color (VM-017-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

J20

J21

J22GPIO Kamerasensor




Camera Sensor

0x6C

X

2+3

1+2XXGPIO0_STROBEalle
X2+3X1+2XGPIO1_SHUTTER
X2+3XX1+2GPIO2_TRIGGER
GND2+41+2XXGPIO0_STROBE
GND2+4X1+2XGPIO1_SHUTTER
GND2+4XX1+2GPIO2_TRIGGER

0x6E

X

1+2

1+2

X

XGPIO0_STROBE


X


1+2


X
1+2XGPIO1_SHUTTER
X1+2XX1+2GPIO2_TRIGGER
VCAM2+41+2XXGPIO0_STROBE
VCAM2+4X1+2XGPIO1_SHUTTER
VCAM2+4XX1+2GPIO2_TRIGGER

VM-017 (phyCAM-M) 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.

Weitere I2C-Adressen können softwaremäßig innerhalb des Kamerasensors konfiguriert werden.

Die Adressfunktionalität muss vor deren Verwendung im Kamerasensor freigeschaltet und einem GPIO zugewiesen werden. 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-017 (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

konfigurierbare Funktion

I/O

Konfiguration

GPIO Kamerasensoroptional
CTRL111Strobe/Flash
O

J20: 2+4


GPIO0_STROBE
CTRL212

Trigger

Standby

I2C_ADR

I

J22: 2+4

GPIO2_TRIGGER
CTRL313

Shutter

global-start

O

J21: 2+4

GPIO1_SHUTTERX
CTRL414

Trigger

Standby

I2C_ADR

I

J20: 2+3

GPIO0_STROBEX
CTRL414

Trigger

Standby

I2C_ADR

I

J21: 2+3

GPIO1_SHUTTERX
CTRL414

Trigger

Standby

I2C_ADR

IJ22: 2+3GPIO2_TRIGGERX

VM-017 (phyCAM-M) Feature Pins

Hinweise

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

Funktionen können sich gegenseitig ausschließen!

Desweiteren muss der Kamerasensor korrekt konfiguriert werden um dem entsprechenden GPIO die korrekte Funktionalität zu geben.

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-017-xxx-M (phyCAM-M) Jumperplan (PL1538.1)

Maßzeichnung


VM-017-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:

  • Wird der an den Trigger angeschlossene GPIO2 des Kamerasensors als Standby konfiguriert, kann z.B. eine Triggerfunktionalität erzeugt werden.  Ein Low-Level am Trigger-Eingang stoppt hierbei die Bildaufnahme.

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:

  • LED Flash: Während der Belichtungszeit des Bildsensors wird ein High-Level ausgegeben. Hierbei muss GPIO0 auf flash konfiguriert sein.
  • Xenon Flash: Der Strobeimpulse ist konfiguriererbar. Hierbei muss GPIO0 auf flash konfiguriert sein.

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-868d.Ax.

Revisionshistorie

Date

Version #

Änderungen in diesem Handbuch

01.03.2021

Manual L-1021d.A0

Neue Version