Circuit Valley CHC5 : ระบบกล้องแบบโมดูลาร์ที่ใช้ชิป FPGA รองรับ USB, HDMI และ Ethernet

Circuit Valley CHC5 เป็นระบบกล้องแบบโมดูลาร์ที่ใช้ Core Board ซึ่งขับเคลื่อนด้วยชิป Xilinx AMD Zynq-7020 SoC FPGA พร้อมบอร์ดอินเทอร์เฟซหลายรูปแบบ เช่น USB, HDMI หรือ Ethernet (PoE) รวมถึงบอร์ดเซนเซอร์หลายชนิดและตัวเครื่องโลหะ

ระบบนี้สามารถปรับแต่งได้โดยเลือกใช้เลนส์และเซนเซอร์หลายประเภท ซึ่งรองรับอินเทอร์เฟซ MIPI D-PHY, LVDS, Sub-LVDS, Low Voltage LVDS และ SLVS โดยแกนประมวลผล Cortex-A9 ของ Zynq-7020 สามารถจัดการงานที่ซับซ้อนได้ ขณะที่ FPGA fabric ทำหน้าที่ประมวลผลและแก้ไขภาพด้วยความเร็วสูง นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับอัลกอริทึมด้าน AI / Machine Vision หรือการเร่งการประมวลผลด้วยฮาร์ดแวร์ที่ต้องการความหน่วงต่ำได้อีกด้วย

สเปคของ CHC5:

Core Board
- SoC – Xilinx AMD Zynq-7020 SoC FPGA
  - CPU – โปรเซสเซอร์ Arm Cortex-A9 แบบ Dual-core
  - FPGA – 85K Logic Cells, Block RAM 4.9Mb, DSP Slices 220 ชุด
- หน่วยความจำระบบ – DDR3 ขนาด 1GB
- พื้นที่จัดเก็บข้อมูล
  - Flash Memory ขนาด 1Gbit
  - ช่องใส่ MicroSD Card
- ISP – ระบบประมวลผลภาพ (ISP) เต็มรูปแบบที่ทำงานบน FPGA fabric
บอร์ดอินเทอร์เฟซหลายแบบ รองรับ USB 3.0 ความเร็ว 10Gbps และ 5Gbps, PoE แบบออปชัน, HDMI แบบออปชัน ฯลฯ โดยเชื่อมต่อกับ Core Board ผ่านคอนเนกเตอร์ PS และ PL
เมาท์เลนส์แบบถอดเปลี่ยนได้
- ระบบรองรับเมาท์เลนส์แบบเปลี่ยนได้ โดยมีระยะ Flange Distance ขั้นต่ำ 8.75 มม
- เมาท์ที่รองรับในปัจจุบัน: C-Mount, CS-Mount, Canon RF-Mount (ปรับด้วยมือ), Sony E-Mount (ปรับด้วยมือ), M42 Mount แบบปรับระยะ flange ได้หลายค่า, S Mount, M43 หรือเมาท์สั่งทำพิเศษ
อัตราเฟรม
- อัตราการประมวลผล ISP 600 ล้านพิกเซล/วินาที
- อัตราสูงสุดของ ISP
  - 640×480 ประมาณ 2000 FPS
  - 1080p ประมาณ 170 FPS
  - 4K ประมาณ 40 FPS
สเปคเซนเซอร์ที่รองรับ
- อินเทอร์เฟซ – MIPI D-PHY, LVDS, Sub-LVDS, Low Voltage LVDS, SLVS
- ความละเอียด – สูงสุดประมาณ 128MP
- ชัตเตอร์ – แบบ Global หรือ Rolling Shutter
- Data lanes – สูงสุด 8 เลน
- จำนวนเซนเซอร์ – 2 ตัว (4 เลน) หรือ 3 ตัว (2 เลน)
- อัตราข้อมูลสูงสุด – 1.25Gbps/เลน และสูงสุด 10Gbps เมื่อใช้ครบ 8 เลน
- รูปแบบพิกเซล – RAW8, RAW12, RAW14, PWL HDR
อินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่อกับ Host
- USB 3.0 (5 Gbps) – รองรับ USB UVC และ USB3 Vision
- Gigabit Ethernet – รองรับ GigE Vision และ PoE แบบออปชัน
- HDMI สูงสุด 1080p60
- สามารถสตรีมภาพผ่าน ทั้ง 3 อินเทอร์เฟซพร้อมกัน ได้
Auxiliary I/O
- อินพุตแบบ Isolated ซึ่งผู้ใช้สามารถกำหนดการทำงานได้
- เอาต์พุตแบบ Isolated ซึ่งผู้ใช้สามารถกำหนดการทำงานได้
ตัวกล้อง – ตัวกล้องสามารถใช้งานร่วมกับ Sensor Mount หรือไม่ติดตั้ง Sensor Mount ก็ได้ ภายในมี ฟิลเตอร์ (Filter) และเกลียว M43 สำหรับติดตั้งฟิลเตอร์ภายนอกมาตรฐาน

บอร์ด Core ของกล้องโมดูลาร์ที่ใช้ชิป AMD Zynq 7020 — Core Board

แผนภาพบล็อกของ CHC5 Core Board — แผนภาพบล็อกของบอร์ด Core CHC5

กล้องโมดูลาร์ CHC5 เป็นฮาร์ดแวร์โอเพนซอร์สบางส่วน โดยทางผู้ผลิตได้เปิดเผยไฟล์ต่าง ๆ บน GitHub ได้แก่ PDF Schematics, PCB Layout, STEP Files สำหรับออกแบบเครื่องกล, Linux SDK ที่ใช้ Buildroot และ Source Code ของเฟิร์มแวร์ Cypress FX3, ภายใต้ใบอนุญาต Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) อย่างไรก็ตาม HDL Code ของระบบ ISP ที่ทำงานบน FPGA ยังไม่ได้เปิดเป็นโอเพนซอร์ส สำหรับรายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติมของโปรเจกต์นี้ สามารถอ่านเพิ่มเติมได้จากบทความในบล็อกของ Circuit Valley

ก่อนหน้านี้มีผลิตภัณฑ์กล้องแบบโมดูลาร์ เช่น MaixCAM2 Modular 4K AI Camera หรือ Ohm Lab Neuro N6 แต่โดยทั่วไปคำว่า “โมดูลาร์” ของผลิตภัณฑ์เหล่านี้หมายถึงการเปลี่ยนเฉพาะ โมดูลเซนเซอร์กล้อง ส่วน CHC5 แตกต่างออกไป

ถ้าสนใจโครงการนี้ สามารถดูรายละเอียดได้บน Kickstarter โดยมีเป้าหมายระดมทุน 10,000 ยูโร (~383,000฿) โดยแพ็กเกจ CHC5 Camera System Base ราคา $684 (~22,600฿) ประกอบด้วย Core PCB, Interface PCB, ตัวเครื่อง CNC พร้อมฟิลเตอร์ภายใน, เซนเซอร์กล้องที่เลือก และเมาท์เลนส์ที่เลือก หากต้องการชุดเต็มสามารถเลือก CHC5 Developer Edition Kit Pro ราคา 2,999 ยูโร (~115,000฿) ซึ่งเป็นชุดสำหรับนักพัฒนาและผู้ที่ต้องการทดลองความสามารถของระบบอย่างเต็มรูปแบบ และบวกค่าจัดส่งอีก 39 ยูโร (~1,500฿) โดยสินค้าคาดว่าจะเริ่มจัดส่งได้ในเดือนมกราคม 2027

แปลจากบทความ : Circuit Valley CHC5 – A modular USB, HDMI, and Ethernet camera system (Crowdfunding)