kontakt kamery@atesystem.cz
kontakt +420 595 170 472

Díl 4: Komunikace s řádkovou kamerou

Vytvořil:

Tomáš Gřeš

Článek popisuje základní komunikační rozhraní pro řádkové kamery a doporučené frame grabbery. Zaměřeno na National Instruments a BitFlow.

V současné době se pro komunikaci s řádkovou kamerou používají téměř výhradně tři komunikační rozhraní: Pro ekonomické a méně náročné systémy, kde není třeba vysoké rychlosti snímání, se používá gigabitový ethernet ve spojení se standardem GigE Vision. Tam, kde přenosová kapacita ethernetu nedostačuje, se používá Camera Link, který disponuje asi osmkrát větší datovou propustností (rychlejší variantou Camera Linku je HS Camera Link, který však není příliš rozšířen). Nejnovějším přírůstkem v rodině vysokokapacitních kamerových sběrnic je přenos pomocí koaxiálního kabelu s názvem CoaXPress.

Pro srovnání a podrobný popis komunikačních sběrnic čtěte tento článek.

Gigabitový ethernet

Gigabitový ethernet je jedno z nejrozšířenějších rozhraní vůbec. Flexibilita připojení a nízká cena kabeláže je ideální pro naprostou většinu aplikací, kde je potřeba použít mnoho kamer při velmi nízkých nákladech. Kamery pro ethernet je možné využít v běžné síťové infrastruktuře, a není problém ani se vzdáleným připojením například přes VPN, nebo přes Wi-Fi.

Při plánování nasazení gigabitových kamer v systému strojového vidění je třeba vzít v úvahu několik faktorů. Zaprvé, že komunikace zatěžuje procesor počítače více, než u ostatních rozhraní. Typicky 3 až 8%, pokud je použit ovladač výrobce kamery. Zátěž CPU lze snížit použitím síťové karty se specifickým čipsetem Intel PRO 1000, který většinu komunikace zpracovává již na kartě. Dále, pokud je použito více kamer v síti, je třeba rozdělit jejich datový tok tak, aby nepřekračoval celkovou kapacitu sítě.

Intel PRO 1000

Pro snížení zátěže CPU počítače a pro bezproblémovou komunikaci se doporučuje použití komunikační karty Intel PRO 1000. Pro tuto kartu mají obvykle výrobci kamer speciální ovladač (většinou nazvaný jako „Performance Driver“), který umožňuje využít zpracování komunikace přímo na kartě, a vyčtení dat bez zbytečné zátěže CPU.

Karty Intel PRO 1000 (nebo z nich odvozené) jsou k dispozici pro PCI Express ve variantě s jedním, dvěma, nebo čtyřmi komunikačními porty.

National Instruments PCIe-8237R s konfigurovatelnými DIO

Firma National Instruments nabízí specializovanou komunikační kartu PCIe-8237R s digitálními vstupy/výstupy pro synchronizaci kamery. Digitální linky jsou napojeny na hradlové pole (FPGA), které je možno volně konfigurovat pro specifické funkce kamery. V základní konfiguraci je možno využívat jak izolované, tak TTL linky, PWM generátor, čítač, nebo kvadraturní enkodér. Součástí dodávky je ovladač Vision Acquisition Software. Pro změnu funkce FPGA je nutno dokoupit LabVIEW FPGA Module, který není součástí základní dodávky karty.

Řádkové kamery s rozhraním GigE Vision: Basler racer (GigE)Basler runner

Camera Link

Robustní komunikační rozhraní Camera Link je určeno pro aplikace, kde je vyžadována extrémně nízká latence a přenos velkých objemů dat, jako jsou například vysokorychlostní kamery, nebo řádkové kamery. Ačkoliv je toto rozhraní používáno již mnoho let, stále je velmi oblíbené pro svou jednoduchost a spolehlivost.

Pro použití rozhraní Camera Link je nutné mít v počítači nainstalovanou kartu s tímto rozhraním (frame grabber). Ve většině případů je výrobce kamery jiný, než výrobce grabberu. Důsledkem toho je, že při konfiguraci parametrů kamery se používá jiný program, než při nastavení způsobu komunikace na straně grabberu. Také SDK pro vývoj aplikací jsou různá (od obou výrobců). Zatímco kamera se ovládá funkcemi poskytovanými výrobcem kamery, tak obraz se zpracovává funkcemi od dodavatele karty.

National Instruments Camera Link

Jednoduchá a spolehlivá karta PCIe-1433 pro komunikaci s jednou kamerou ve specifikaci Base / Medium / Full. Karta podporuje režim 10-tap (Extended) a frekvenci až 85 MHz. Kameru je možné napájet přímo z komunikačního kabelu (PoCL) bez nutnosti připojení externího napájení. K dispozici je jedna obousměrná linka pro synchronizaci kamery s okolím. Pro připojení dalších externích synchronizačních signálů je nutno doplnit přídavnou kartu (Auxiliary Board).

Doporučené kamery: Basler racer, Basler sprint, JAI Sweep+, JAI Sweep

Pro kamery ve specifikaci Camera Link Base je možné použít jednodušší kartu PCIe-1427, která již na obě má i konektor pro připojení DIO linek bez nutnosti použití přídavné karty.

National Instruments PCIe-1473R PoCL s konfigurovatelnými DIO

Unikátní karta PCIe-1473R pro rozhraní Camera Link s možností ultrarychlého zpracování obrazu na hradlovém poli. Například umožňuje paralelně předzpracovávat obraz přímo na FPGA předtím, než se data pošlou do nadřazené aplikace. Karta podporuje mimo jiné také změnu konfigurace DIO. Komunikační i digitální linky jsou napojeny na hradlové pole (FPGA), které je možno volně konfigurovat pro specifické funkce kamery.

V základní konfiguraci je možno využívat jak izolované, tak TTL linky, PWM generátor, čítač, nebo kvadraturní enkodér. Součástí dodávky je ovladač Vision Acquisition Software.

Nutno dokoupit LabVIEW FPGA Module, který není součástí základní dodávky karty.

Doporučené kamery: Basler racer, Basler sprint, JAI Sweep+, JAI Sweep

BitFlow Karbon CL

Řada frame grabberů BitFlow Karbon je určena jak pro základní použití (tj. snímání obrazu z kamery) tak pro náročnější operace. Karty obsahují plně nastavitelné čítače a časovače, DIO linky, PWM generátor i kvadraturní enkodér včetně násobičky a děličky. Architektura komunikační karty dovoluje použití nezávislého generátoru signálu i ovládání každé kamery zvlášť. Karty je možné použít ve specifikaci Base až Full (10-tap) při frekvenci max. 85 MHz. Přímý přístup do paměti (DMA) dovoluje příjem obrazových dat z kamery s nízkou latencí a minimální zátěží CPU.

Doporučené kamery: Basler racer, Basler sprint, JAI Sweep+, JAI Sweep

CoaXPress

CoaXPress je označováno jako rozhraní nové generace. Jeho úkolem je dosažení vysoké propustnosti dat bez omezení jako u  Camera Linku. Velkou výhodou je nízká cena kabeláže (obyčejný koaxiální kabel) a její délka (přes sto metrů). Díky propracovanému komunikačnímu protokolu je možné kameru synchronizovat s velmi nízkou latencí. Díky synchronizaci a přenosu dat v reálném čase je CoaXPress vhodnou sběrnicí také pro řádkové kamery s vysokým rozlišením.

CoaXPress je asymetrická vysokorychlostní přenosová linka využívající koaxiální kabel. Současná verze podporuje rychlost až 6,25 Gb/s směrem z kamery do počítače jedním kabelem. Je-li třeba vyšší komunikační rychlost, je možné linky agregovat, a dosáhnout tak rychlosti až 25 Gb/s (při spojení čtyř linek). Opačným směrem lze přenášet data rychlostí 20,8 Mb/s. Zpětná linka se využívá pro nastavení a synchronizaci kamery. Koaxiálním kabelem je možné kameru rovněž napájet napětím 24 V s maximálním příkonem 13 W.

BitFlow Karbon CXP

Řada frame grabberů BitFlow Karbon CXP je určena jak pro vysokorychlostní plošné i řádkové kamery na sběrnici CoaXPress. Karty obsahují plně nastavitelné čítače a časovače, DIO linky, PWM generátor i kvadraturní enkodér včetně násobičky a děličky. Architektura komunikační karty dovoluje použití nezávislého generátoru signálu i ovládání každé kamery zvlášť. Karty je možné použít ve specifikaci Base až Full (10-tap) při frekvenci max. 85 MHz. Přímý přístup do paměti (DMA) dovoluje příjem obrazových dat z kamery s nízkou latencí a minimální zátěží CPU.

Doporučené kamery: JAI Sweep+, TVI line scan

BitFlow Cyton CXP

Nová řada karet BitFlow Cyton CXP je primárně určená pro vysokorychlostní přenos dat s agregací čtyř linek. Karty obsahují tytéž možnosti jako Karbon, ale jsou určeny pro slot PCI Express 8x gen. 2.

Doporučené kamery: JAI Sweep+, TVI line scan

 

 

Zdroje obrázků a informací

 

Logo
Top