Bachelor's Thesis

Configurable MIPI camera

Final Thesis 5.36 MB Appendix 1.18 MB

Author of thesis: Peter Rybár

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Soběslav Valach

Reviewer: Ing. Peter Honec, Ph.D.

Abstract:

he goal of this thesis is to connect camera to embedded systems and learn about image
signal processing. This thesis contains description of hardware standards, description of
image signal processing, description of popular embedded platforms and process of
connecting camera to computer. Aim of this thesis is to configure and calibrate ISP unit
for camera module. Measure latency of ISP unit and latency without using it. With final
goal of comparing quality of images obtained with and without help of ISP unit.

Keywords:

Raspberry Pi, Nvidia Jetson, MIPI, ISP, image processing, CSI, camera

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy: Komise: - Proč jsou v mřížce RGB kamer používány dva zelené detektory? - Popište blíže měření latenci pomocí osciloskopu. - Proč jste použil fotorezistor a jaký typ jste použil? - Jaký typ AD převodníku jste použil a jak byl připojen k MCU?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Štohl, Ph.D. (člen)
Ing. Soběslav Valach (člen)
Ing. et Ing. Lukáš Zezula, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Soběslav Valach

Bakalářská práce na téma „Konfigurovatelná MIPI kamera“ se zabývá problematikou připojení kamerových modulů využívajících rozhraní MIPI k embedded platformám Raspberry Pi a Nvidia Jetson. Cílem práce bylo nastudovat problematiku standardů MIPI, principů zpracování obrazu a obrazových procesorů ISP, realizovat připojení kamerového modulu k platformě Raspberry Pi a experimentálně ověřit možnosti kalibrace a vliv použití ISP na kvalitu obrazu a výslednou latenci systému.

Během řešení bakalářské práce student pracoval převážně samostatně. Podařilo se mu zvládnout základní problematiku konfigurace kamerového modulu, seznámit se s možnostmi obrazového procesoru ISP a realizovat experimenty zaměřené na porovnání kvality obrazu a latence systému. Student si rovněž osvojil práci s nástroji používanými pro kalibraci kamerových modulů a získal základní přehled o problematice zpracování obrazu v embedded systémech.
Z pohledu vedoucího práce lze konstatovat, že rozsah vlastní tvůrčí činnosti je spíše méně rozsáhlý a práce je z velké části založena na studiu dostupné dokumentace, konfiguraci existujících nástrojů a experimentálním ověřování jejich vlastností. V obecné rovině je problematika ISP hůře uchopitelná, výrobci téměř nedokumentovaná a omezená dodanými drivery.  Přesto se studentovi podařilo splnit jednotlivé body zadání a získat praktické zkušenosti v oblasti obrazových systémů a zpracování obrazu.
Z pohledu vedoucího hodnotím práci kladně a doporučuji ji k obhajobě.
Klasifikace 75 bodů. Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Peter Honec, Ph.D.

Student Peter Rybár se ve své bakalářské práci zabývá problematikou připojení MIPI kamer k embedded platformám a využitím integrovaných jednotek ISP pro zpracování obrazu. Jedná se o zajímavé téma, které by šlo s úspěchem rozvinout. Bohužel po přečtení práce téma považuji bohužel za velmi nerozvinuté.
Práce obsahuje na 3 stranách strohý popis MIPI rozhraní, dále se na 4 stranách věnuje deformacím obrazu a jejich korekcím. Kapitoly 3 a 4 popisují na 10 stranách celkem bězné parametry platforem Raspberry Pi a embedded NVidia, které lze nalézt v katalogu nebo na wikipedii. Ve finále student mezi těmito platformami bez dalšího srovnání důležitých parametrů volí Raspberry Pi – „vzhledem k lepší dokumentaci“.
5. kapitola je právě asi výtažkem oné dokumentace a návodem, jak zapojit kameru, jak z ní získat snímek příkazem rpicam-hello (obdoba „hello world“), nebo jak pomocí dalších již vytvořených rutin, které jsou součástí běžných knihoven, získat a uložit video.
V 6. kapitole jsou opět pomocí stažené knihovny (CCT – Camera Tunning Tool) demonstrovány možnosti vyvážení barev, korekce vinětace nebo geometrického zkreslení právě s využitím ISP.
Byť chápu možné problémy při rozcházení sestavy Raspberry Pi s kamerou Arducam určenou přímo pro tuto platformu, výše zmíněné kapitoly nemají velký přínos než jako popis zapojení a rozchození kamery na platformě, kterých jsou plná fóra.
V 7. kapitole byla měřena latence ISP jednotky. Po přečtení kapitoly a přiznaných prvních dvou metodách, které nefungovaly, jsem nabyl dojmu, že latence byla změřena nevhodným způsobem i třetí metodou. Už jen z propastného rozdílu mezi náběžnou a sestupnou hranou (které by měly být z principu shodné) je poznat, že měření je zatíženo systematickou chybou. Navíc obrázek z osciloskopu je oříznut tak, že není poznat ani časové měřítko. Vzhledem k popisu metody, kterému nerozumím (a možná mojí chybou), prosím o rozpravu a vysvětlení u komise, kde do debaty možná bude vneseno světlo.
Bohužel, z mého pohledu se práce věnovaná ISP a MIPI těchto témat dotkla jen jako prostředku pro získání obrazu, spokojila se s jejich zprovozněním dle návodu a bez jejich detailního popisu, možností a hlavně ovládnutí. Zejména část popisu zadání, která měla být důkazem zvládnutí MIPI na nižší úrovni a převzetí kontroly nad kamerou, nebyla splněna. Tedy požadavek měnit frekvenci, rozlišení a to dynamicky pro každý snímek resp. sekvenci snímků. Toto daný HW zvládá a pomocí libcamera lze například naprogramovat sekvenci snímků s různými expozičními dobami nebo vytvořit dva streamy s různým rozlišením.
Byť nepopírám čas a úsilí věnované zprovoznění platformy a kamery, výsledky práce jsou diskutabilní. Vzhledem k výše popsanému hodnotím práci na hranici obhajitelnosti 50 body a nechávám návrh na přehodnocení komisí při případné rozpravě a diskusi. Points proposed by reviewer: 50

Grade proposed by reviewer: E

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová