“تقدم هذه المقالة الجزء الثاني من سلسلة مكونة من 3 أجزاء حول تطبيقات واجهة الإنسان والآلة (HMI) ، مع تطبيق كاميرات CMOS في الأجهزة المضمنة. يوضح كيف أصبحت كاميرات CMOS جزءًا مهمًا من الأجهزة المضمنة ، وكيف تحولت وحدات الكاميرا من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء إلى أجهزة تستحق الترقية. كما يناقش العوائق التقنية التي تحول دون نشر وحدة الكاميرا والميكروكونترولر RX كخيار أساسي لاكتشاف الحركة وتطبيقات المراقبة الأمنية.
“
تقدم هذه المقالة الجزء الثاني من سلسلة مكونة من 3 أجزاء حول تطبيقات واجهة الإنسان والآلة (HMI) ، مع تطبيق كاميرات CMOS في الأجهزة المضمنة. يوضح كيف أصبحت كاميرات CMOS جزءًا مهمًا من الأجهزة المضمنة ، وكيف تحولت وحدات الكاميرا من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء إلى أجهزة تستحق الترقية. كما يناقش العوائق التقنية التي تحول دون نشر وحدة الكاميرا والميكروكونترولر RX كخيار أساسي لاكتشاف الحركة وتطبيقات المراقبة الأمنية.
أصبحت كاميرات CMOS جزءًا مهمًا من الأجهزة المضمنة
أصبحت وحدات كاميرا CMOS أكثر شيوعًا في تطبيقات النظام المضمنة مع زيادة أحجام الإنتاج والضغوط التنافسية التي تؤدي إلى انخفاض التكاليف. تتزايد مبيعات الكاميرات الأمنية ويتزايد التصنيع ، مدفوعًا بشكل أكبر بتطبيقات الكاميرا الموفرة للطاقة في أجهزة التلفزيون والأجهزة المنزلية الأخرى ، و HMIs (واجهات الآلة البشرية) في مجموعة متنوعة من المعدات التجارية والصناعية.
يقدم هذا الاتجاه في الإلكترونيات المستند إلى التصوير الرقمي مكافآت كبيرة للجهود الناجحة لمصنعي الإلكترونيات في حل المشكلات الإبداعي. تكتشف فرق هندسة الأنظمة التي تبحث عن طرق جديدة لتحسين وظائف المنتج وأدائه أن دمج وظائف الكاميرا في تصميماتها يمكن أن يضيف قيمة كبيرة للعديد من الأجهزة المضمنة.
على وجه الخصوص ، يمكن لوحدات الكاميرا CMOS تحقيق مكاسب مثيرة ومهمة في أداء ووظائف HMI لمجموعة سريعة التوسع من التطبيقات (انظر الشكل 1). هذا ينطبق بشكل خاص على المنتجات الإلكترونية التي تستخدم تقنية استشعار الحركة.
تجعل أمثلة التطبيقات المضمنة القائمة على الكاميرا CMOS والتي أصبحت شائعة الآن تصميم هذا النظام حقيقة واقعة. توفر وحدات الكاميرا المثبتة في أنظمة تكييف الهواء المال من خلال تمكين تشغيل أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. تسمح الوحدات الموجودة داخل الثلاجة بمراقبة الظروف الداخلية عبر الهاتف الذكي ، مما يوفر الطاقة مع زيادة الحفاظ على الأطعمة المخزنة إلى أقصى حد. يمكن للكاميرات في آلات البيع أن تجمع بيانات استخدام المستهلك التفصيلية لإدارة مخزون العناصر التي يتم صرفها بشكل أفضل مع تغير الطلب ليلًا ونهارًا.
في الأجهزة والأنظمة الأمنية ، التي تُعد حاليًا أكبر سوق لتقنية الكاميرات الرقمية ، أثبتت وحدات الكاميرا أنها فعالة للغاية في المساعدة على تحسين الأمان وتقليل السرقة والاحتيال. أخيرًا ، تستخدم العديد من الشركات كاميرات CMOS لقراءة رموز QR بسرعة والحصول على معلومات إدارة المنتج الأخرى ، مما يوفر الوصول في الوقت المناسب إلى البيانات الضرورية لتحقيق الكفاءة التشغيلية.
تستحق وحدة الكاميرا الترقية من مستشعر الأشعة تحت الحمراء
من الواضح أن اتجاه التصميم لإضافة وظائف الكاميرا إلى الأنظمة المضمنة هو اتجاه واسع وبعيد المدى وسريع الحركة. ومع ذلك ، لا توجد بدائل تعمل في العديد من المواقف.
على وجه التحديد ، تعد مستشعرات الأشعة تحت الحمراء (IR) أقل تكلفة من الكاميرات ، كما أنها فعالة بنفس القدر في الوظيفة الأساسية للكشف عن الوجود البشري. ومع ذلك ، في كثير من الحالات لديهم قيود أداء كبيرة. مع زيادة متطلبات أداء النظام وظهور وظائف الاستشعار الأخرى المطلوبة ، تصبح مستشعرات الأشعة تحت الحمراء غير كافية تمامًا.
الأهم من ذلك ، أن تكلفة ترقية نظام مضمن من مستشعر الأشعة تحت الحمراء إلى وحدة كاميرا CMOS يمكن غالبًا تقليلها بعدة عوامل: قدرة الوحدات على توليد بيانات أكثر وأفضل ؛ ميزتها في تنفيذ وظائف HMI المحسنة ؛ وهي لا تتطلب قدرات استشعار إضافية ، مما يساعد على تقليل التكاليف الإجمالية للمواد.
في جميع أنحاء العالم ، تحقق الأنظمة المدمجة التي تنفذ “إنترنت الأشياء” العديد من الفوائد – بعضها غير متوقع ، ولكن جميعها مرحب بها. نظرًا لأن هذه الأجهزة الإلكترونية أصبحت أكثر انتشارًا في الحياة اليومية ، تتوقع شركة Renesas أن يرتفع الطلب على وحدات كاميرا CMOS.
يمكن إزالة الحواجز التقنية لنشر وحدة الكاميرا
في تثبيت نموذجي لكاميرا CMOS المدمجة ، يتلقى متحكم دقيق (MCU) أو معالج دقيق (MPU) إشارات من وحدة الكاميرا ثم يعرض ويعالج الصورة الناتجة وفقًا للمتطلبات المحددة للتطبيق. إن إنشاء تنفيذ ناجح لهذه العملية ليس مهمة تصميم تافهة.
مع توسع مجال HMI هذا ، في كثير من الحالات يفتقر مهندسو الأنظمة الذين يعملون في مثل هذه المشاريع إلى الخبرة في استخدام الكاميرات الرقمية. تتضمن أسئلة التصميم التي يهتمون بها ما يلي: هل تحتاج إلى MCU / MPU متطور؟ ما هو مقدار البرمجيات التي يجب تطويرها؟ هل تحتاج دائرة طاقة النظام إلى إعادة تصميم؟ و أكثر من ذلك بكثير. غالبًا ما يبحث المهندسون الذين لديهم خبرة سابقة في استخدام الكاميرات المدمجة عن طرق أسهل لتنفيذ التكنولوجيا ، لكنهم غير متأكدين من كيفية القيام بذلك.
المساعدة الفنية من خبراء التطبيق لا تقدر بثمن في تحويل مفاهيم HMI إلى واقع ناجح. لحسن الحظ ، هذه المساعدة متاحة بسهولة.
يوفر الجزء المتبقي من هذه المقالة نظرة عامة واسعة على حلول التطوير لنشر وحدات كاميرا CMOS في العديد من منتجات الأنظمة المضمنة. هذه المعلومات مفيدة لمهندسي الأنظمة الذين يعملون في مثل هذه المشاريع لأول مرة ، بالإضافة إلى أولئك الذين يسعون للحصول على معلومات محدثة حول أساليب التميز في التصميم.
لاستكمال المحتوى التقني في هذه القصة والبيانات الموجودة على موقعنا ، تقدم Renesas للعملاء ثروة من الخبرة من فريق عمل عالمي من مهندسي التطبيقات ذوي الخبرة. يستطيع هؤلاء المحترفون في حل المشكلات مراجعة متطلبات المشروع والتوصية بـ MCU / MPU وبيئة التقييم الأنسب لتحقيق أهداف وغايات فنية محددة.
يلبي RX و RZ / A1 احتياجات التطبيقات المختلفة
لتلبية الاحتياجات المتنوعة لمواصفات نظام العملاء ، تقدم Renesas وحدات كاميرا CMOS مضمنة محسّنة لمعدلات الإطارات ودقة الصورة المختلفة. تتميز حلول النظام الخاصة بنا للتطبيقات غير المكثفة بوحدة MCU متوسطة المدى سهلة الاستخدام من عائلة RX: أجهزة RX631 أو RX64M. ومع ذلك ، فإن حلول نظامنا للتطبيقات التي يجب أن توفر إمكانات فيديو عالية الأداء تستخدم وحدات MPU المتقدمة في سلسلة RZ الخاصة بنا ، وتحديداً الأجهزة في سلسلة RZ / A1 ، وهي شرائح مبنية حول وحدة المعالجة المركزية CortexTM-A9 ARM® (انظر الشكل 2).
يوضح الشكل 2 العلاقة بين المتطلبات الوظيفية (المحور الأفقي) ومتطلبات سرعة الساعة (المحور الرأسي) ، ويوضح كيف ترتفع معًا. أي لزيادة الدقة (عدد البكسل) ومعدل الإطارات لكاميرا الإدخال ، يجب استخدام معالج أسرع.
تعمل وحدات RX MCU بسرعات تصل إلى 120 ميجاهرتز. إنها مثالية لوظائف مثل التقاط الصور (لاكتشاف الحركة ومراقبة الأمان وما إلى ذلك). يوصى أيضًا باستخدام RX MCU لمسح الباركود ثنائي الأبعاد والتعرف البسيط نسبيًا على الأحرف.
تعمل وحدات المعالجة المركزية المتطورة في سلسلة RZ / A1 بسرعات تصل إلى 400 ميجاهرتز. يمكنهم بسهولة التعامل مع الكمية الكبيرة من العمليات الحسابية المطلوبة لتطبيقات التعرف على الوجه والحرف الأكثر تعقيدًا ، بالإضافة إلى قراءة الإيماءات وتطبيقات أخرى معقدة من نوع اكتشاف الحركة.
يوضح الشكل 2 أيضًا حقيقة أنه مع زيادة دقة كاميرا الإدخال (المحور السيني) ، يلزم زيادة إنتاجية وحدة المعالجة المركزية (التي يتم تحقيقها من خلال عرض ناقل أوسع). على سبيل المثال ، تعد RX MCU متوسطة المدى كافية لكاميرا السيارة النهارية VGA مع 10 لقطات / ثانية. ومع ذلك ، قد تكون RZ MPU ضرورية لكاميرا ليلية تلتقط صورًا عالية الدقة. بالنسبة لمنتجات النظام المضمنة التي يجب أن تكتشف الكائنات سريعة الحركة ، قد تكون هناك حاجة أيضًا إلى وحدة RZ MPU ، حيث يجب أن تكون الأجهزة الإلكترونية قادرة على معالجة الصور بمعدلات إطارات سريعة.
يمكن استخدام أربع تقنيات لاكتشاف وتصنيف الحركة
تعد تطبيقات اكتشاف الحركة سوقًا رئيسيًا لوحدات كاميرا CMOS. وهي أيضًا مناطق تكون فيها توقعات العملاء عالية بشكل خاص. في كثير من الأحيان ، تتطلب مواصفات تصميم النظام أن تكتشف الأجهزة الإلكترونية ليس فقط وجود الحركة ، ولكن أيضًا نوع الحركة.
عادة ما يتم تنفيذ كشف الحركة باستخدام واحدة من أربع طرق حسابية: كشف الاختلاف الزمني ، وطرح الخلفية ، ومطابقة القالب ، واكتشاف التدفق البصري. يتم عرض هذه الخوارزميات الأربعة المختلفة في الشكل 3 والموضحة أدناه.
كشف فرق التوقيت
الخلفية الطرح
مطابقة النموذج
تدفق الضوء
تستخدم الخوارزميات الثلاثة الأولى أعلاه – اكتشاف الفروق الزمنية وطرح الخلفية ومطابقة القالب – عمليات حسابية بسيطة نسبيًا. لذلك ، فإنها تولد أحمال معالجة منخفضة نسبيًا. ومع ذلك ، فهم لا يتعاملون مع تقلبات السطوع وأنواع الضوضاء الأخرى جيدًا ، ولا يكتشفون الأشياء سريعة الحركة جيدًا.
توفر طريقة اكتشاف التدفق البصري أداءً أفضل ، لكنها تضع حمل معالجة مرتفعًا نسبيًا على وحدة المعالجة المركزية.
The Links: G121X1-L02 DMC-40457-NY-LY-B-CKN