Þegar verkfræðingar meta myndavélareiningu er orkunotkun oft meðhöndluð sem einföld forskrift sem skráð er í gagnablaðinu. Í raun og veru er orkunotkun myndavélareiningarinnar afleiðing af mörgum undirkerfum sem vinna saman, þar á meðal myndflaga, ISP, minnisbuffer, háhraðaviðmót, klukkur, spennustillar og hýsilörgjörvi.
Skilningur á undirliggjandi uppsprettum orkunotkunar er mikilvægt fyrir innbyggð sjónkerfi, iðnaðarmyndavélar, gervigreindartæki, rafhlöðuknúnar vörur- og vélsjónforrit. Slæm skilningur á orkuhegðun getur leitt til ofhitnunar, óstöðug myndgæði, styttri endingu rafhlöðunnar og óvæntra kerfisbilana.
Meira um vert, margir verkfræðingar gera ranglega ráð fyrir að orkunotkun mælist beint með skynjaraupplausn. Í reynd er ráðandi þátturinn oft heildarmyndafköst-magn myndgagna sem þarf að fanga, vinna, senda og greina á hverri sekúndu.
Orkunotkun byrjar með pixlaafköstum
Á skynjarastigi er orkunotkun nátengd pixlaafköstum frekar en upplausninni einni saman.
Til dæmis:
- 2MP @ 30FPS=um það bil 60 milljón punktar á sekúndu
- 5MP @ 30FPS=um það bil 150 milljón punktar á sekúndu
- 8MP @ 60FPS=um það bil 480 milljón punktar á sekúndu
Sérhver pixla verður að afhjúpa, breyta úr hliðrænu formi í stafrænt form, flytja í gegnum skynjaraflestur, vinna úr ISP, senda í gegnum viðmótið og að lokum meðhöndla hýsilörgjörva.
Eftir því sem pixlaafköst eykst, eyðir næstum hverri blokk í myndleiðslunni meiri orku. Þetta er ástæðan fyrir því að 8MP myndavél sem vinnur á háum rammahraða gæti neytt margfalt meiri orku en 2MP myndavél, jafnvel þegar báðar nota svipaða hálfleiðaratækni.
Myndskynjarinn er meira en bara pixlar
Oft er litið á myndflöguna sem aðalorkuneytanda, en að skilja hvar skynjarafl er varið krefst þess að skoða innri arkitektúr hans dýpra.
Nútíma CMOS myndskynjarar innihalda:
- Pixel fylki
- Röð og súlubílstjórar
- Analog magnarar
- Tvöfaldar sýnatökurásir með fylgni
- Analog-í-stafræn breytir (ADC)
- Tímagjafar
- Hár-úttaksraðbúnaður
Meðal þessara blokka standa ADC og háhraðaúttaksrásir oft fyrir umtalsverðum hluta af orkunotkun skynjara. Þegar rammahraði eykst verða þessar hringrásir að starfa á hærri tíðni, sem veldur því að kraftmikil orkunotkun eykst verulega.
Lítil-ljósmynd getur einnig aukið aflþörf skynjara. Lengri lýsingartími, meiri hliðrænn styrkleiki og háþróaðar HDR stillingar krefjast oft viðbótarskynjaraaðgerða sem eyða meiri orku en venjulegar myndatökustillingar.
Hvers vegna ISP vinnsla getur orðið stærsti orkuneytandinn
Í mörgum nútíma myndavélakerfum eyðir myndmerkisgjörvinn (ISP) jafn miklu afli og skynjarinn sjálfur-eða jafnvel meira.
Hrá skynjaragögn eru ekki nothæf beint. Áður en mynd nær umsóknarlagið fer hún venjulega í gegnum heilmikið af vinnslustigum:
- Dýmsugerð
- Sjálfvirk lýsing (AE)
- Sjálfvirk hvítjöfnun (AWB)
- Lens Shading Correction (LSC)
- Defect Pixel Correction (DPC)
- Hávaðaminnkun
- Skerpa
- Litaleiðrétting
- HDR/WDR vinnsla
- Gamma aðlögun
- Tónakortlagning
Mörg þessara reiknirita starfa á hverjum pixla í hverjum ramma. Eftir því sem upplausn og rammahraði eykst eykst flókið útreikninga hratt.
HDR og WDR stillingar eru sérstaklega krefjandi vegna þess að margar lýsingar verða að taka og sameinast í eina mynd. Í sumum forritum getur virkjun HDR aukið vinnuálag ISP um meira en 50%, sem leiðir til merkjanlegrar aukningar á heildarorkunotkun kerfisins.
Rammatíðni er oft mikilvægari en upplausn
Margir verkfræðingar einblína mikið á megapixla á meðan þeir horfa framhjá rammahraða.
Frá orkusjónarmiði getur rammahraði haft enn meiri áhrif en upplausn vegna þess að það ákvarðar beint hversu oft öll myndleiðsla verður að starfa.
Íhugaðu 2MP myndavél:
- 2MP @ 30FPS
- 2MP @ 60FPS
- 2MP @ 120FPS
Tvöföldun rammatíðni tvöfaldar í raun útlestrarvirkni skynjara, vinnuálagi ISP vinnslu, minnisaðgangstíðni og viðmótsflutningskröfur.
Þetta útskýrir hvers vegna-háhraða iðnaðarmyndavélar þurfa oft virka kælingu jafnvel þegar upplausn þeirra er tiltölulega hófleg.
Falinn kostnaður við minni og gagnaflutning
Einn uppspretta orkunotkunar sem oft gleymist er minnisaðgangur.
Margar myndvinnsluaðgerðir krefjast tímabundinna ramma biðminni sem geymdur er í DDR minni. Sérhver lestur og skrifaðgerð eyðir orku.
Fyrir gervigreindarsjónkerfi geta myndgögn verið flutt mörgum sinnum:
- Skynjari til ISP
- ISP til DDR minni
- DDR til AI hraðall
- AI eldsneytisgjöf til CPU
- CPU til að sýna eða geyma
Í mörgum brúnum gervigreindartækjum eyðir flutningur myndgagna í gegnum minni meiri orku en raunveruleg myndvinnslualgrím sjálf.
Rafmagnsnotkun viðmóts er ekki hverfandi
Há-hraðaviðmót eins og USB 3.0, MIPI CSI-2 og Gigabit Ethernet krefjast sérstakra rafrása sem starfa á mjög háum tíðni.
Þegar myndafköst eykst hækka bandbreiddarkröfur viðmóts í samræmi við það.
Til dæmis þarf að senda óþjappað 4K myndband verulega meira viðmótarafl en að senda þjappað 1080P myndband. Í sumum kerfum getur viðmótsafl orðið þýðingarmikið hlutfall af heildarnotkun myndavélareininga.
Orkunotkun hefur bein áhrif á myndgæði
Orkunotkun er ekki bara rafmagnsáhyggjuefni. Það hefur bein áhrif á hitauppstreymi.
Þegar hitastig skynjara hækkar:
- Myrkur straumur eykst
- Myndsuð verður sýnilegri
- Hlutfall merki-til-hljóðs lækkar
- Lítil-ljósafköst versna
- Langtímaáreiðanleiki gæti minnkað
Þess vegna er varmahönnun oft óaðskiljanleg frá vali á myndavélareiningu. Myndavél sem eyðir aðeins einu wötti til viðbótar getur aukið vinnsluhitastigið verulega inni í fyrirferðarlítilli girðingu.
Ábendingar um val á myndavélareiningu
Í stað þess að velja hæstu-upplausnarskynjara sem völ er á, ættu verkfræðingar að byrja á umsóknarkröfum og kerfisþvingunum.
- Ákvarðaðu raunverulegan pixlaþéttleika sem krafist er í markfjarlægðinni
- Skilgreindu lágmarks viðunandi rammatíðni
- Metið HDR/WDR kröfur vandlega
- Íhugaðu rekstrartímamarkmið rafhlöðunnar
- Metið varmatakmarkanir girðingar
- Staðfestu bandbreiddargetu örgjörva og minnis
- Áætlaðu heildarafköst myndarinnar áður en þú velur skynjara
Í mörgum innbyggðum sjónforritum getur rétt fínstillt 2MP eða 5MP myndavélareining náð tilskildum myndafköstum á sama tíma og hún eyðir verulega minni orku en annar valkostur með hærri-upplausn.
