ক্যামেরা মডিউল পাওয়ার খরচ কোথা থেকে আসে?

যখন ইঞ্জিনিয়াররা একটি ক্যামেরা মডিউল মূল্যায়ন করেন, তখন বিদ্যুৎ খরচকে প্রায়শই ডেটাশিটে তালিকাভুক্ত একটি সাধারণ স্পেসিফিকেশন হিসাবে বিবেচনা করা হয়। বাস্তবে, ক্যামেরা মডিউল পাওয়ার খরচ হল ইমেজ সেন্সর, আইএসপি, মেমরি বাফার, উচ্চ গতির ইন্টারফেস, ঘড়ি, ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক এবং হোস্ট প্রসেসর সহ একাধিক সাবসিস্টেম একসাথে কাজ করার ফলাফল।

এম্বেডেড ভিশন সিস্টেম, ইন্ডাস্ট্রিয়াল ক্যামেরা, এআই এজ ডিভাইস, ব্যাটারি{0}}চালিত পণ্য এবং মেশিন ভিশন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পাওয়ার খরচের অন্তর্নিহিত উত্সগুলি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ৷ পাওয়ার আচরণ সম্পর্কে একটি দুর্বল বোঝার কারণে অতিরিক্ত উত্তাপ, অস্থির চিত্রের গুণমান, ছোট ব্যাটারির আয়ু এবং অপ্রত্যাশিত সিস্টেম ব্যর্থতা হতে পারে।

আরও গুরুত্বপূর্ণ, অনেক প্রকৌশলী ভুল করে ধরে নেন যে সেন্সর রেজোলিউশনের সাথে সরাসরি বিদ্যুৎ খরচ স্কেল হয়। বাস্তবে, প্রভাবশালী ফ্যাক্টরটি প্রায়শই টোটাল ইমেজ থ্রুপুট-চিত্র ডেটার পরিমাণ যা প্রতি সেকেন্ডে ক্যাপচার করা, প্রক্রিয়া করা, প্রেরণ করা এবং বিশ্লেষণ করা উচিত।

পাওয়ার খরচ পিক্সেল থ্রুপুট দিয়ে শুরু হয়

সেন্সর স্তরে, পাওয়ার খরচ একা রেজোলিউশনের পরিবর্তে পিক্সেল থ্রুপুটের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।

যেমন:

• 2MP @ 30FPS=প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 60 মিলিয়ন পিক্সেল
• 5MP @ 30FPS=প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 150 মিলিয়ন পিক্সেল
• 8MP @ 60FPS=প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 480 মিলিয়ন পিক্সেল

প্রতিটি পিক্সেলকে অবশ্যই উন্মুক্ত করতে হবে, এনালগ থেকে ডিজিটাল ফর্মে রূপান্তর করতে হবে, সেন্সর রিডআউট সার্কিটের মাধ্যমে স্থানান্তর করতে হবে, আইএসপি দ্বারা প্রক্রিয়া করা হবে, ইন্টারফেসের মাধ্যমে প্রেরণ করা হবে এবং শেষ পর্যন্ত হোস্ট প্রসেসর দ্বারা পরিচালনা করা হবে।

পিক্সেল থ্রুপুট বাড়ার সাথে সাথে ইমেজিং পাইপলাইনের প্রায় প্রতিটি ব্লক বেশি শক্তি খরচ করে। এই কারণেই একটি 8MP ক্যামেরা উচ্চ ফ্রেম হারে অপারেটিং একটি 2MP ক্যামেরার চেয়ে কয়েকগুণ বেশি শক্তি খরচ করতে পারে, এমনকি যখন উভয়ই একই ধরনের সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তি ব্যবহার করে।

ইমেজ সেন্সর শুধু পিক্সেলের চেয়ে বেশি

ইমেজ সেন্সরকে প্রায়শই প্রাথমিক শক্তি গ্রাহক হিসাবে দেখা হয়, তবে সেন্সর শক্তি কোথায় ব্যয় করা হয় তা বোঝার জন্য এর অভ্যন্তরীণ স্থাপত্যের গভীরে অনুসন্ধান করা প্রয়োজন।

আধুনিক CMOS ইমেজ সেন্সর রয়েছে:

• পিক্সেল অ্যারে
• সারি এবং কলাম ড্রাইভার
• এনালগ পরিবর্ধক
• সম্পর্কযুক্ত ডবল স্যাম্পলিং সার্কিট
• অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (ADCs)
• টাইমিং জেনারেটর
• উচ্চ-গতির আউটপুট সিরিয়ালাইজার

এই ব্লকগুলির মধ্যে, ADC এবং উচ্চ -গতির আউটপুট সার্কিটগুলি প্রায়ই সেন্সর পাওয়ার খরচের একটি উল্লেখযোগ্য অংশের জন্য দায়ী। ফ্রেমের হার বাড়ার সাথে সাথে, এই সার্কিটগুলিকে অবশ্যই উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে হবে, যার ফলে গতিশীল বিদ্যুতের ব্যবহার উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।

কম-লাইট ইমেজিংও সেন্সর পাওয়ার প্রয়োজনীয়তা বাড়াতে পারে। দীর্ঘ এক্সপোজার সময়, উচ্চতর অ্যানালগ লাভ, এবং উন্নত এইচডিআর মোডগুলির জন্য ঘন ঘন অতিরিক্ত সেন্সর অপারেশনের প্রয়োজন হয় যা স্ট্যান্ডার্ড ইমেজিং মোডের চেয়ে বেশি শক্তি খরচ করে।

কেন ISP প্রসেসিং সবচেয়ে বড় শক্তি গ্রাহক হতে পারে

অনেক আধুনিক ক্যামেরা সিস্টেমে, ইমেজ সিগন্যাল প্রসেসর (ISP) সেন্সর নিজেই যতটা শক্তি খরচ করে-বা তারও বেশি।

কাঁচা সেন্সর ডেটা সরাসরি ব্যবহারযোগ্য নয়। একটি চিত্র অ্যাপ্লিকেশন স্তরে পৌঁছানোর আগে, এটি সাধারণত কয়েক ডজন প্রক্রিয়াকরণ পর্যায়ে অতিক্রম করে:

• Demosaicing
• অটো এক্সপোজার (AE)
• অটো হোয়াইট ব্যালেন্স (AWB)
• লেন্স শেডিং সংশোধন (LSC)
• ত্রুটি পিক্সেল সংশোধন (DPC)
• নয়েজ রিডাকশন
• শার্পনিং
• রঙ সংশোধন
• HDR/WDR প্রক্রিয়াকরণ
• গামা সামঞ্জস্য
• টোন ম্যাপিং

এই অ্যালগরিদমগুলির মধ্যে অনেকগুলি প্রতিটি ফ্রেমের প্রতিটি পিক্সেলে কাজ করে। রেজোলিউশন এবং ফ্রেমের হার বৃদ্ধির সাথে সাথে গণনীয় জটিলতা দ্রুত বৃদ্ধি পায়।

এইচডিআর এবং ডাব্লুডিআর মোডগুলি বিশেষভাবে দাবি করছে কারণ একাধিক এক্সপোজার অবশ্যই ক্যাপচার করতে হবে এবং একটি একক ছবিতে একত্রিত করতে হবে। কিছু অ্যাপ্লিকেশানে, HDR সক্ষম করলে ISP কাজের চাপ 50% এরও বেশি বৃদ্ধি করতে পারে, যার ফলে সামগ্রিক সিস্টেমের শক্তি খরচ একটি লক্ষণীয় বৃদ্ধি পায়।

ফ্রেম রেট প্রায়ই রেজোলিউশনের চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ

অনেক প্রকৌশলী ফ্রেম হার উপেক্ষা করার সময় মেগাপিক্সেলের উপর খুব বেশি ফোকাস করেন।

শক্তির দৃষ্টিকোণ থেকে, ফ্রেম রেট রেজোলিউশনের চেয়ে আরও বেশি প্রভাব ফেলতে পারে কারণ এটি সরাসরি নির্ধারণ করে যে পুরো ইমেজিং পাইপলাইনটি কত ঘন ঘন কাজ করবে।

একটি 2MP ক্যামেরা বিবেচনা করুন:

• 2MP @ 30FPS
• 2MP @ 60FPS
• 2MP @ 120FPS

দ্বিগুণ ফ্রেম রেট কার্যকরভাবে সেন্সর রিডআউট কার্যকলাপ, আইএসপি প্রসেসিং কাজের চাপ, মেমরি অ্যাক্সেস ফ্রিকোয়েন্সি এবং ইন্টারফেস ট্রান্সমিশন প্রয়োজনীয়তা দ্বিগুণ করে।

এটি ব্যাখ্যা করে যে কেন উচ্চ গতির ইন্ডাস্ট্রিয়াল ক্যামেরাগুলির রেজোলিউশন তুলনামূলকভাবে শালীন হওয়া সত্ত্বেও প্রায়ই সক্রিয় শীতলকরণের প্রয়োজন হয়৷

মেমরি এবং ডেটা মুভমেন্টের লুকানো খরচ

বিদ্যুৎ খরচের একটি ঘন ঘন উপেক্ষিত উৎস হল মেমরি অ্যাক্সেস।

অনেক ইমেজ প্রসেসিং অপারেশনের জন্য DDR মেমরিতে সংরক্ষিত অস্থায়ী ফ্রেম বাফার প্রয়োজন। প্রতিটি পড়া এবং লেখার অপারেশন শক্তি খরচ করে।

এআই ভিশন সিস্টেমের জন্য, ইমেজ ডেটা একাধিকবার স্থানান্তরিত হতে পারে:

• আইএসপি থেকে সেন্সর
• আইএসপি থেকে ডিডিআর মেমরি
• ডিডিআর থেকে এআই এক্সিলারেটর
• সিপিইউতে এআই অ্যাক্সিলারেটর
• প্রদর্শন বা স্টোরেজের জন্য CPU

অনেক এজ এআই ডিভাইসে, মেমরির মাধ্যমে ইমেজ ডেটা সরানো প্রকৃত ইমেজ প্রসেসিং অ্যালগরিদমের চেয়ে বেশি শক্তি খরচ করে।

ইন্টারফেস পাওয়ার খরচ উপেক্ষিত নয়

ইউএসবি 3.0, MIPI CSI-2, এবং গিগাবিট ইথারনেটের মতো উচ্চ-গতির ইন্টারফেসের জন্য খুব উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে অপারেটিং ফিজিক্যাল-লেয়ার সার্কিট প্রয়োজন।

ইমেজ থ্রুপুট বাড়ার সাথে সাথে ইন্টারফেস ব্যান্ডউইথের প্রয়োজনীয়তা সেই অনুযায়ী বৃদ্ধি পায়।

উদাহরণস্বরূপ, সংকুচিত 4K ভিডিও প্রেরণের জন্য সংকুচিত 1080P ভিডিও প্রেরণের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি ইন্টারফেস শক্তি প্রয়োজন। কিছু সিস্টেমে, ইন্টারফেস পাওয়ার মোট ক্যামেরা মডিউল খরচের একটি অর্থপূর্ণ শতাংশ হয়ে উঠতে পারে।

বিদ্যুৎ খরচ সরাসরি ছবির গুণমানকে প্রভাবিত করে

বিদ্যুৎ খরচ নিছক বৈদ্যুতিক উদ্বেগ নয়। এটি সরাসরি তাপীয় আচরণকে প্রভাবিত করে।

সেন্সরের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে:

• অন্ধকার বর্তমান বৃদ্ধি
• ইমেজ গোলমাল আরো দৃশ্যমান হয়ে ওঠে
• সংকেত-থেকে-শব্দের অনুপাত কমে যায়
• কম-আলোর কর্মক্ষমতা খারাপ হয়
• দীর্ঘ-বিশ্বস্ততা হ্রাস পেতে পারে৷

এই কারণে তাপ নকশা প্রায়ই ক্যামেরা মডিউল নির্বাচন থেকে অবিচ্ছেদ্য হয়. একটি ক্যামেরা শুধুমাত্র একটি অতিরিক্ত ওয়াট ব্যবহার করে একটি কমপ্যাক্ট ঘেরের ভিতরে অপারেটিং তাপমাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে পারে।

ক্যামেরা মডিউল নির্বাচন টিপস

উপলব্ধ সর্বোচ্চ- রেজোলিউশন সেন্সর নির্বাচন করার পরিবর্তে, ইঞ্জিনিয়ারদের আবেদনের প্রয়োজনীয়তা এবং সিস্টেমের সীমাবদ্ধতা দিয়ে শুরু করা উচিত।

• লক্ষ্য দূরত্বে প্রয়োজনীয় প্রকৃত পিক্সেল ঘনত্ব নির্ধারণ করুন
• ন্যূনতম গ্রহণযোগ্য ফ্রেম রেট নির্ধারণ করুন
• এইচডিআর/ডাব্লুডিআর প্রয়োজনীয়তাগুলি সাবধানে মূল্যায়ন করুন
• ব্যাটারি অপারেটিং সময়ের লক্ষ্য বিবেচনা করুন
• ঘের তাপীয় সীমাবদ্ধতা মূল্যায়ন
• প্রসেসর এবং মেমরি ব্যান্ডউইথ ক্ষমতা যাচাই করুন
• একটি সেন্সর নির্বাচন করার আগে মোট ছবির থ্রুপুট অনুমান করুন

অনেক এমবেডেড ভিশন অ্যাপ্লিকেশানে, একটি সঠিকভাবে অপ্টিমাইজ করা 2MP বা 5MP ক্যামেরা মডিউল একটি উচ্চতর-রেজোলিউশন বিকল্পের তুলনায় যথেষ্ট কম শক্তি খরচ করে প্রয়োজনীয় ইমেজিং কার্যক্ষমতা অর্জন করতে পারে।