Standard-Kamera-Interfaces für die Datenerfassung
Auf dem Gebiet der Messtechnik stehen oft typische Sensoren wie Strommesser, Spannungssensoren oder Dehnungsmessstreifen im Vordergrund. Heutzutage sind aber auch Kameras in verschiedenen Anwendungen unverzichtbar geworden, von Crashtests über die Überwachung aus der Vogelperspektive bis hin zur Turbinenüberwachung in Wasserkraftwerken.
Die in diesen Anwendungen eingesetzte Technologie muss strenge Standards erfüllen, Echtzeitdaten mit hoher Genauigkeit liefern und einfach zu bedienen sein. Ein Interface, das sich in der Industrie besonders bewährt hat, ist GigE Vision. In diesem Blogbeitrag erkunden wir GigE Vision, heben die wichtigsten Merkmale hervor und erläutern Alternativen. Abschließend zeigen wir, welche Kameras und Schnittstellen DEWETRON anbietet.
Was ist GigE Vision?
GigE Vision ist ein Schnittstellenstandard, der 2006 von einem Konsortium von Unternehmen gegründet wurde, um eine einfache und dennoch leistungsstarke Lösung für Bildgebungsanwendungen zu bieten. Das Ziel war es, einen Standard zu entwickeln, der sich nahtlos in gängige Hardware integrieren lässt und einen hohen Datendurchsatz ermöglicht. Dieses Ziel wurde erfolgreich erreicht, so dass GigE Vision zu einem der wichtigsten Akteure in der modernen Bildverarbeitungstechnologie geworden ist. Heute kümmert sich die Association for Advancing Automation um die weitere Entwicklung und Verwaltung des GigE Vision-Standards.
Abb. 1: GigE Vision Logo
Wie funktioniert es?
GigE Vision baut auf dem weit verbreiteten Gigabit-Ethernet-Standard auf und nutzt die Protokolle TCP/IP und UDP für die Datenübertragung. Der Standard ist ein Eckpfeiler der modernen Netzwerkinfrastruktur und vereinfacht die Implementierung und Integration erheblich, da die meisten modernen Systeme diese Technologien bereits unterstützen. Der GigE Vision-Standard umfasst vier Hauptkomponenten, die jeweils eine bestimmte Funktion erfüllen:
- GigE Vision Kontrollprotokoll (GVCP)
GVCP ist verantwortlich für die Steuerung und Konfiguration von Geräten, die Festlegung von Stream-Kanälen und die Verwaltung der Übertragung von Bild- und Konfigurationsdaten zwischen Computern und Kameras. - GigE Vision Stream Protokoll (GVSP)
GVSP definiert die Datentypen und Übertragungsmethoden, die zum Senden von Bildern über das Netzwerk verwendet werden. - GigE Geräteerkennungs-Mechanismus
Dieser Mechanismus ermöglicht die Erkennung von Kameras innerhalb des Netzwerks, indem ihre IP-Adressen ermittelt werden. - XML-Datei
Basierend auf dem GenICam-Standard ermöglicht diese Datei den Zugriff auf Kameradaten und -bilder, standardisiert die Kommunikation und gewährleistet die Kompatibilität zwischen verschiedenen Geräten.
Was sind die Hauptmerkmale von GigE Vision?
GigE Vision bietet zahlreiche Vorteile, die es zu einer bevorzugten Wahl für viele Bildgebungsanwendungen machen:
- Vielseitigkeit: GigE Vision ist in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, um unterschiedliche Leistungsanforderungen zu erfüllen, einschließlich Standard-GigE-, Dual-GigE- und 10-GigE-Versionen.
- Highspeed: GigE Vision ermöglicht eine schnelle Echtzeit-Übertragung großer Bilddateien mit minimaler Latenz. Es unterstützt Datenraten von bis zu 1 Gbit/s für Standard GigE Vision, 2 Gbit/s für Dual GigE Vision und bis zu 10 Gbit/s für 10 GigE Vision, je nach verwendeter Version.
- Erweiterte Reichweite: Der Standard unterstützt eine kompromisslose Datenübertragung über Entfernungen von bis zu 100 Metern und bietet damit Flexibilität bei der Kameraplatzierung ohne Signalverschlechterung.
- Standardisierte Anschlüsse: Durch die Verwendung von kostengünstigen CAT5e- oder CAT6-Kabeln und Standard-Ethernet-Anschlüssen gewährleistet GigE Vision eine einfache und zuverlässige Konnektivität und nutzt weithin verfügbare Netzwerkkomponenten.
- PoE (Strom über Ethernet): Viele GigE Vision-Geräte unterstützen Power over Ethernet und ermöglichen so die Übertragung von Daten und Strom über ein einziges Ethernet-Kabel.
- Kosteneffizient: Durch die Verwendung von Standard-Hardware und leicht verfügbaren Kabeln reduziert GigE Vision die Gesamtsystemkosten und vereinfacht die Integration.
- Skalierbar: Die Technologie ist hochgradig skalierbar und hält mit den rasanten Fortschritten der Ethernet-Technologien Schritt, was einfache Upgrades und Erweiterungen bei wachsenden Netzwerkanforderungen ermöglicht.
Was sind die Alternativen zu GigE Vision?
Während GigE Vision eine beliebte Wahl für Hochleistungs-Bildgebungsanwendungen ist, gibt es mehrere andere Standards, die je nach spezifischen Anforderungen wie Datenrate, Kabellänge, Kosten und Anwendungsumgebung praktische Alternativen bieten. Im Folgenden werden die wichtigsten Merkmale der alternativen Bildgebungsstandards beschrieben:
USB3 Vision
USB3 Vision basiert auf dem USB 3.0-Standard und ist für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung über USB-Kabel konzipiert. Er bietet eine hohe Bandbreite von bis zu 10 Gbit/s und wird aufgrund seiner einfachen Plug-and-Play-Einrichtung von vielen Geräten unterstützt. Allerdings ist die maximale Kabellänge in der Regel auf etwa 3-5 Meter begrenzt, obwohl diese mit aktiven Kabeln oder Repeatern verlängert werden kann.
Camera Link
Camera Link ist ein serielles Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsprotokoll, das speziell für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen entwickelt wurde. Es zeichnet sich durch geringe Latenzzeiten und Datenraten von bis zu 6,8 Gbit/s aus, was es ideal für Hochgeschwindigkeits- und hochauflösende Bildgebungsaufgaben macht. Allerdings erfordert das System eine komplexere und teurere Verkabelung, und die maximale Kabellänge ohne Repeater ist auf etwa 10 Meter begrenzt.
Camera Link HS
Camera Link HS (High Speed) baut auf dem ursprünglichen Camera Link-Standard auf und bietet deutlich höhere Datenraten, mehr Flexibilität und bessere Skalierbarkeit. Es unterstützt Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s pro Spur, wobei mehrere Spuren kombiniert werden können, um noch höhere Durchsätze zu erreichen. Mit Glasfaserkabeln sind Kabellängen von bis zu 300 Metern möglich.
CoaXPress 2.0
CoaXPress 2.0 ist die neueste Version des CoaXPress-Standards, ein serielles Punkt-zu-Punkt-Hochgeschwindigkeitskommunikationsprotokoll, das Koaxialkabel verwendet. Diese Version verbessert die Datenübertragungsmöglichkeiten erheblich und unterstützt Übertragungsraten von bis zu 12,5 Gbit/s pro Kabel, verglichen mit 6,25 Gbit/s in der Vorgängerversion. CoaXPress 2.0 ermöglicht die parallele Verwendung mehrerer Kabel, wodurch der Gesamtdatendurchsatz auf bis zu max. 50 Gbit/s. Es unterstützt Kabellängen von bis zu 100 Metern bei niedrigeren Datenraten und etwa 30 Metern bei der höchsten Datenrate.
FireWire (IEEE 1394)
FireWire (IEEE 1394), einst in der industriellen Bildverarbeitung beliebt, unterstützt moderate Datenraten und ermöglicht die Übertragung von Daten und Strom über ein einziges Kabel. Es ist relativ einfach einzurichten und unterstützt Peer-to-Peer-Verbindungen. FireWire wurde jedoch weitgehend von neueren Technologien verdrängt, was zu einem Rückgang seiner Verwendung geführt hat.
Abb. 2: Vergleich verschiedener Kamera-Schnittstellen; Klammern: Versionsnummer, Farbe: Geschwindigkeit in Mbit/s
Welche Kameras bietet DEWETRON an?
DEWETRON hat sich auf die Herstellung von modularen und hochpräzisen Messsystemen spezialisiert. Neben unseren Lösungen zur Signalerfassung und -aufbereitung bieten wir eine Vielzahl von Komponenten und Sensoren an, darunter auch eine Auswahl an Allied Vision Alvium Kameras.
Abb. 3: CAM-ALVIUM-1800-U-040
Diese Auswahl umfasst verschiedene hochauflösende USB3 Vision und GigE Vision Kameras mit Bildraten bis zu ~290 fps. Alle Geräte haben ein kompaktes Design und lassen sich leicht in jedes Bildverarbeitungssystem integrieren.
Jedes Modell unterstützt externe Triggerung und bietet Bildübertragung in Echtzeit. In Verbindung mit unserer Messsoftware OXYGEN profitieren Sie von perfekt synchronisierten Videodaten, die Ihre Messanwendungen verbessern. Es zeigt synchronisiertes Bildmaterial von einer Windschutzscheibenkamera während einer On-The-Road Leistungsmessung.
Abb. 4: OXYGEN-Messbildschirm mit integriertem Live-Video
