Kameramodule Anleitung - phyCAM-M VM-017 1/2.5“ 5,1 MPixel (L-1021d.A0)
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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.
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Hinweis
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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 |
| ~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 | 9° | 9° |
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 |
TOP | -30 | - | Junction: <=85 Ambiente: < 65 | °C | |
Lagertemperatur[3] | TSTG | -30 | - | 85 | °C |
MIPI CSI-2 Bus length on the Module | LMIPI | - | - | 25 | mm |
MIPI CSI-2 Intra-Pair Skew on the Module | Ldiff-Intra | - | - | 50 | µm |
MIPI CSI-2 Inter-Pair Skew on the Module | Ldiff-Inter | - | - | 500 | µm |
| 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
|
| Konfiguration | Variante | |||||
I2C_ADDR | J19 | J20 | J21 | J22 | GPIO Kamerasensor | |||
| 0x6C | X | 2+3 | 1+2 | X | X | GPIO0_STROBE | alle |
X | 2+3 | X | 1+2 | X | GPIO1_SHUTTER | |||
X | 2+3 | X | X | 1+2 | GPIO2_TRIGGER | |||
GND | 2+4 | 1+2 | X | X | GPIO0_STROBE | |||
GND | 2+4 | X | 1+2 | X | GPIO1_SHUTTER | |||
GND | 2+4 | X | X | 1+2 | GPIO2_TRIGGER | |||
0x6E | X | 1+2 | 1+2 | X | X | GPIO0_STROBE | ||
1+2 | X | GPIO1_SHUTTER | ||||||
X | 1+2 | X | X | 1+2 | GPIO2_TRIGGER | |||
VCAM | 2+4 | 1+2 | X | X | GPIO0_STROBE | |||
VCAM | 2+4 | X | 1+2 | X | GPIO1_SHUTTER | |||
VCAM | 2+4 | X | X | 1+2 | GPIO2_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.
|
| Konfiguration |
| ||||
I2C_ADDR | J19 | J11 | J10 | J13 | |||
| 0xA0 | X | X | 1+2 | 1+2 | 2+3 |
|
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 |
| |
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 Kamerasensor | optional |
CTRL1 | 11 | Strobe/Flash | O | J20: 2+4 | GPIO0_STROBE | |
CTRL2 | 12 | Trigger Standby I2C_ADR | I | J22: 2+4 | GPIO2_TRIGGER | |
CTRL3 | 13 | Shutter global-start | O | J21: 2+4 | GPIO1_SHUTTER | X |
CTRL4 | 14 | Trigger Standby I2C_ADR | I | J20: 2+3 | GPIO0_STROBE | X |
CTRL4 | 14 | Trigger Standby I2C_ADR | I | J21: 2+3 | GPIO1_SHUTTER | X |
CTRL4 | 14 | Trigger Standby I2C_ADR | I | J22: 2+3 | GPIO2_TRIGGER | X |
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 |