1. USB vs MIPI (Mobile Industry Processor Interface)의 연결방식 차이와 장단점
항목 | USB | MIPI (CSI - Camera Serial Interface) |
연결 방식 | 범용 직렬 버스 (Universal Serial Bus), 일반적으로 외부 장치 연결에 사용 | 고속 직렬 인터페이스, 보통 카메라 모듈과 SoC (System on Chip) 간 직접 연결 |
주요 사용처 | 외장 카메라, 웹캠, 산업용 카메라 | 스마트폰, 태블릿, 일부 임베디드 시스템 |
데이터 처리 | USB 컨트롤러를 통해 CPU로 전송 | 이미지 신호 프로세서(ISP)에 직접 연결 가능 |
속도 (예시) | USB 2.0: ~480Mbps, USB 3.0: ~5Gbps | MIPI CSI-2: lane당 최대 2.5Gbps 이상 (4-lane이면 10Gbps) |
지연(latency) | 비교적 높음 | 매우 낮음 |
장점 | 범용성, 플러그 앤 플레이 | 고속 데이터 전송, 낮은 전력 소모, 작은 폼팩터 |
단점 | 속도/지연 한계, 전력 소모 | 설계 복잡도 높음, 전용 컨트롤러 필요 |
요약:•
USB는 외부 장치와의 연결이 용이하지만 지연이 크고 속도가 낮아 실시간 고해상도 영상에는 부적합할 수 있습니다.
•
MIPI는 스마트폰과 같은 내장형 시스템에서 고속/저전력 성능을 위해 사용됩니다.
2. Bayer Pattern
정의: 컬러 이미지를 구성하는 센서 배열 방식. 디지털 카메라에서 가장 널리 사용되는 CFA(Color Filter)
•
각 픽셀은 한 가지 색의 정보만 수집합니다.
•
기본 구조는 2x2 그리드:
G R
B G
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•
G(초록): 밝기에 민감한 인간 시각을 고려해 2배 배치
•
R(빨강), B(파랑): 각각 1개씩
목적:
•
센서는 본질적으로 빛의 강도(밝기)만 측정 가능 → 색을 구별하려면 각 픽셀 위에 색 필터를 올려야 함
•
이 필터 배열이 Bayer Pattern입니다.
왜 MIPI에서 Bayer 데이터를 사용하는 것이 유리할까?
Bayer는 Raw 데이터입니다.
•
RGB와 달리 아직 처리되지 않은 센서의 가장 순수한 형태의 데이터
•
RGB로 변환하려면 ISP(Image Signal Processor)가 디모자이크(demosaicing), 색 보정, 노이즈 제거, 감마 보정 등을 해야 함
MIPI는 고속 직렬 인터페이스입니다.
•
Bayer 데이터를 그대로 전송하면:
◦
데이터 양이 적음 → 전송 속도에 여유
◦
센서 쪽 전력 소모가 적음
◦
처리를 ISP가 전담 → 유연한 처리 가능
예시:
•
12bit Bayer RAW → 1 픽셀당 12비트만 전송
•
반면 RGB888 포맷 → 1 픽셀당 24비트
따라서, MIPI + Bayer Raw 조합은:•
전송 효율이 좋고
•
저전력이며
•
고급 ISP 처리 가능성이 높아
•
모바일 및 임베디드 시스템에 최적
Bayer와 RGB의 차이점
항목 | Bayer | RGB |
형태 | 센서의 원시 데이터 (RAW) | ISP에서 처리된 완성된 이미지 |
구성 | 픽셀당 1색 정보만 저장 | 픽셀당 R+G+B 모두 포함 |
용량 | 적음 (8~14bit/pixel) | 많음 (24bit/pixel 이상) |
전송 효율 | 높음 | 낮음 |
색 정보 정확도 | 낮음 (보간 필요) | 높음 |
용도 | 카메라 센서 → ISP 입력 | 최종 이미지 저장/표시용 |
필요 처리 | 디모자이킹, 보정 등 필요 | 처리 완료 |
요약:•
Bayer는 "원본 재료"
•
RGB는 "조리된 결과물"
•
센서(RAW Bayer)
↓ [MIPI 전송]
ISP에서:
- 디모자이킹
- 화이트 밸런스
- 감마 보정
- 노이즈 제거
↓
RGB 이미지
요약•
Bayer는 센서가 수집한 가장 원시적인 데이터로, MIPI 전송 시 데이터량이 적고 전력 효율이 좋음
•
MIPI는 이러한 Raw 데이터를 고속으로 ISP에 넘기기에 모바일 환경에 최적
•
RGB는 디스플레이용 완성 이미지이며, 처리된 Bayer의 결과
Bayer 데이터의 픽셀 수 == 카메라 센서 픽셀 수
1.
카메라 센서에는 물리적인 픽셀들이 배열되어 있고,
그 각각의 픽셀 위에 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 중 하나의 필터가 올라가 있습니다.
2.
즉, 각 픽셀은 하나의 색상 정보만 감지할 수 있습니다
→ 어떤 픽셀은 R, 어떤 픽셀은 G, 어떤 픽셀은 B
3.
센서의 전체 픽셀 수는 예를 들어 4000x3000 = 12MP라면,
Bayer RAW 데이터도 픽셀 수 기준으로는 정확히 12MP입니다.
•
다만! 모든 픽셀이 R, G, B 값을 모두 가진 건 아니고,
각 픽셀은 RGB 중 하나의 색 정보만 갖고 있어요.
예시로 이해해보면
Bayer 패턴 (2x2 기준)
G R
B G
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이 패턴이 전체 센서에 반복돼서 깔려 있다면…
•
총 12MP 센서 = 12MP Bayer RAW 데이터
◦
약 50%는 Green
◦
약 25%는 Red
◦
약 25%는 Blue
그럼 RGB 이미지의 픽셀 수는?
•
Bayer는 12MP → RGB 이미지로 변환하면 여전히 12MP (가로x세로 동일)
•
다만, RGB는 픽셀당 3채널(R+G+B) 정보가 있어서 메모리 용량이 커짐
◦
예: 12MP RGB888 → 12M × 3B = 약 36MB/frame
◦
반면: 12MP Bayer RAW10 → 12M × 10bit = 약 15MB/frame
요약
항목 | Bayer RAW | RGB |
픽셀 수 | 센서 픽셀 수와 같음 | 센서 픽셀 수와 같음 |
채널 수 | 1채널 (R/G/B 중 하나) | 3채널 (R+G+B 모두 포함) |
해상도 | 동일 | 동일 |
데이터 용량 | 작음 | 큼 |
색 정보 | 부분적 (보간 필요) | 완전 (디모자이킹 결과) |
