全国产USB3.0工业相机解决方案

1.前言

由于国际形势，以及芯片战争等制约因素，当前IT行业最热门的话题，莫过于芯片的国产化。从操作系统到CPU，从传感器到电源芯片，凭着劳动人民的智慧，以及不屈不挠的精神，中国正在各个行业百花齐放，逐步拥有了自己的替代。即便屡败屡战，即便任重而道远，国产化的趋势势不可挡，尤其是军工研究所等机构，国产化选型不仅仅是货源问题，更多的是因为国防安全，自主可控而不得不做出的选择。

鉴于此，奥唯思携手全国产芯片方案，耗时6个月，打造了一款高性能、低照度、全国产的1080P60的USB3.0工业相机方案。目前方案已经小批量产，成功接入了Windows、Linux，以及RK3588等国产化平台，并已交付alpha客户，开始落地客户需求，助力整体国产化方案。如下所示，为奥唯思实现的全自主国产化USB3.0相机解决方案：

2.全国产U3相机描述

相机方案选型

奥唯思设计的全国产工业相机模组，采用易灵思FPGA+江波龙DDR3+方寸微USB芯片，实现高性能、全国产的USB3.0工业相机方案。相机搭载思特威图像传感器（全局130W、卷帘200万等），基于libusb通过USB3.0接口实现图像传输，可实时传输数据，信噪比好，图像质量优异，并且用户可定制图像处理等相关功能需求。

如下图所示，为奥唯思设计的全国产工业相机模组的硬件架构，该相机主要元件几乎100%采用国产化，满足了目前迫切的国产化需求，自主可控。

其中主控为深圳易灵思的钛金16nm（低功耗、高速）FPGA为主控核心，完成MIPI图像的采集/存储、ISP图像处理，以及US3.0数据收发协议等处理。

易灵思（深圳）科技有限公司是一家国产FPGA公司，采用逻辑和路由可以互换的XLR结构，革命性地发明了突破性的Quantum架构，PPA优势是传统FPGA公司的4倍。近期，易灵思推出了钛金系列FPGA产品，该产品更再度将PPA提升8倍，非常适合应用于边缘计算、ADAS 和 AIoT。

行业内有Sony、Micron等的进口图像传感器，国产也不甘示弱。虽然在尖端领域还有一定的差距，但在中低端领域的蛋糕已经几乎被国产拿下。因此我们选用了国内图像传感器龙头思特威的Sensor，完成相机的图像感应采集。

思特威（上海）电子科技股份有限公司 SmartSens 是一家从事CMOS图像传感器芯片产品研发、设计和销售的高新技术企业，总部设立于中国上海。思特威作为致力于提供多场景应用、全性能覆盖的CMOS图像传感器产品企业，公司产品已覆盖了安防监控、机器视觉、车载电子、智能手机等多场景应用领域的全性能需求。

同时，USB3.0传输是工业相机最重要的组件之一，目前国外主要有Cpyress的CY3014，拿下了绝大部分的市场；同时还有台湾FTDI的FT601 USB3.0芯片，在USB3.0应用中也有一定的份额。而国产USB3.0控制芯片这几年也拔地而起，典型的以山东方寸微为例，其2019年推出的USB3.0控制芯片T630，不逊色于CY3014。

方寸微电子科技有限公司成立于2017年，总部位于山东济南，致力于安全微处理器芯片的研发、设计和销售。方寸微电子核心技术完全自主可控，具有国内领先的优势。其2019年研制成功的T630高速USB3.0接口控制芯片，用于替代Cypress 3013，深受工控领域国产化的喜爱。

相机特性参数

FPGA ISP算法

对于黑白传感器，很多时候客户希望拿到原始的RAW数据，即不经过任何处理的数据，由应用再去做最终的图像处理。因此客户需要可控曝光、增益等参数，以便在更好的条件下获取更佳的图像。

但对于彩色传感器而言，如果客户拿到的只是原始的RAW数据，那经过Bayer转RGB之后，得到的只是暗绿色的图像，离客户最终可以用来做算法的图像，还需要一系列图像处理，这些图像处理的流程，专业术语称之为ISP（Image Signal Processor）。

凭借易灵思16nm钛金系列FPGA高速、低功耗的特性，选用60K LUT的型号，相机在模组端完成了必要的ISP处理环节，相关的Pipeline如下所示：

备注：敬请期待，发布Tuning Tool...

3. 国产U3相机硬件介绍

易灵思Ti60 FPGA SOM

思特微Sensor模组

方寸微USB3.0尾板

相机尺寸介绍

4. 国产U3相机软件介绍

 驱动安装

奥唯思的USB3.0相机，采用了libusb作为驱动，可无缝兼容Windows、linux、Andorid，方便在RK/全志等ARM平台的移植。

打开资料包中给的USB_Driver文件夹，双击InstallDriver，即可一键完成驱动的安装，随后可以在设备管理器中加载，看到OVS的Camera设备。

软件介绍

安装好OVS_Camera驱动后，通过USB TypeC数据线，将相机接入PC，打开上位机，即可获取图像。以1080P60的SC2210为例，Windows客户端采集图像如下所示。

审核编辑：汤梓红