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如何在機器視覺應用中透過單一線路傳輸高解析度影片資料

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德州儀器新聞稿 發表於 2021年10月22日
圖、如何在機器視覺應用中透過單一線路傳輸高解析度影片資料

人工智慧 (AI) 從根本改變了機器視覺與成像應用的功能。邊緣 AI 是人工智慧的一門分支,可協助邊緣具備就地決策能力,與 5G 及物聯網等其他要素共同扮演關鍵角色,用以推動開發新型基礎設施。讓裝置配備邊緣 AI 技術不僅可以提升客戶在使用此項技術上的可行性,也可加速擴展新型基礎設施。邊緣 AI 能在即時分析高解析度成像資料時提升準確度及靈敏度,並快速偵測各種模式或異常情況。這類功能也可應用於由機器人輔助的手術、3D 成像安全監控平台,以及工廠自動化環境中以視覺技術為基礎的工業機器人。

感測器技術的進步,及小型模組化封裝的超高畫質或 4K影像感測器,都有助於推動採用以邊緣 AI 為基礎的處理能力。

機器人輔助內視鏡平台及機器視覺攝影機等應用,由安裝在極小探針尖端的感測器傳輸高解析度影像資料,而感測器則是透過非常細的電纜實際連接影片擷取及分析系統。影片擷取系統的控制資訊會同時傳回探針尖端,以便利用傾斜及縮放等方式控制探針位置。

像是圖 1 所示的工業行動機器人等視覺型控制系統,需要非常低的延遲時間,以進行即時擷取及高解析度影片資料分析。逆向傳輸控制資訊時也需要非常低的延遲時間,以變更攝影機位置。電纜及導線數量、導線尺寸,以及感測器端的功耗,在內視鏡及機器視覺等空間受限的應用中,都會大幅度受限。
 
圖1、以工業行動機器人作為視覺型控制系統

許多既有的高速介面技術,能協助可靠地傳輸高解析度影片資料,不過對視覺型控制系統而言有各種缺點。例如,乙太網路會因為通訊協定等相關問題產生額外的延遲時間。由於乙太網路實體層裝置無法直接接觸到感測器的本機影片接口,因此也需要晶體振盪器等額外的線路及元件。舉例來說,4-MP、30-fps 的高解析度成像元件,大約會產生 3.2 Gbps 的影片資料。像是 1000-BaseT 這類以 Gigabit 為基礎的單一乙太網路鏈路,在未壓縮的情況下,無法提供充足的傳輸量來傳輸高解析度資料,因此會在成像系統造成殘影,進而在機器視覺型的影片處理之中產生錯誤。

甚麼是 V3LinkTM 序列器/解除序列器ICs?

點擊觀看「甚麼是 V3LinkTM 序列器/解除序列器」教學影片。了解V3Link 介面 ICs 如何使用單一線路無壓縮傳輸影片數據、控制訊號和電源

德州儀器(TI) V3Link TSER953 序列器及 TDES954 和 TDES960 解除序列器等特殊串開轉換 (SerDes) 技術,是以串聯方式運作,透過一條超細線路同時傳輸高解析度影片、控制訊號及電源。這類裝置協助在感測器及處理器之間建立鏈路,彙集時脈 、未壓縮影片、電源及一般用途的輸入/輸出訊號,如圖 2 所示

 
圖2、使用 V3Link 裝置進行資料串開轉換和電源傳輸的簡易圖示
 
在這樣的配置下,訊號及電源會由感測器模組之中的序列器透過正向通道傳輸,前往感測器融合分析系統之中的解除序列器或解串列集線器,同時也提供路徑給控制訊號及電源。
 
V3Link 解串器也向所有連接的序列器提供嵌入時脈,可在多個感測器之間達到影片同步。以便進行影片拼接、影像混合,以及用於 3D 重建及深度感測的立體視覺。如果您使用 TDES960 內部產生的訊框同步訊號,就可以同步多台攝影機,並達到 600-ns 的準確度,在機器視覺中實現時間驅動應用。使用從反向通道參考時脈提取的主時脈 (Grand master clock) 同步,可消除不同振盪器計時多個成像元件時因相對漂移造成的同步誤差。
 
以適應性等化器技術減少訊號損耗及功耗

V3Link 裝置除了能協助透過單一電纜傳輸影片資料、控制訊號及電源,也搭載適應性等化器技術,能在 2.1 GHz 補償最高 21 dB 的損耗,因此能夠使用非常細的 28 至 32 美國線規 (AWG) 電纜。AWG 數字越高,電纜就越細,訊號損耗則越大。
 
比較細的電纜更具彈性,有利於在內視鏡這類緊密且空間有限的應用中設置感測器。能夠在同一條細電纜同時傳輸電源及控制訊號,也能盡量減少導線數量。
 
V3Link序列器在感測器端的功耗一般為 250 mW,耗電量非常低,因此可將感測器與序列器整合至極小的區域中,無需為了功耗及散熱需求而使用更多空間。V3Link 產品採用獨家的主時脈(grandmaster clock) 同步技術,無需在感測器使用晶體或任何振盪器,可進一步降低成本及整體空間需求。
 
結論

從醫療成像應用到機器視覺攝影機,邊緣 AI 提升即時影片擷取、傳輸及分析等各項需求。V3Link SerDes IC 可協助工程師解決前述需求,並同時減少電纜數量、功耗及整體系統成本。V3Link 裝置提供多功能的鏈路技術,適用於大部分需要即時擷取、傳輸及分析高解析度影片資料的應用。本系列裝置可支援各種電纜配置,例如同軸、非屏蔽雙絞線及遮蔽雙絞線,此外也支援同步及非同步等各種時脈模式。


參考資料:
德州儀器新聞稿,2021/10/22。

 
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