Sådan vælger du et Machine Vision-kamerainterface (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Vision)?
Denne artikel giver et dybere indblik i fordele og ulemper ved hver type Machine Vision-kamerainterface, så du kan vælge det rette interface til din Machine Vision-applikation.
Machine Vision-kamerainterface-whitepaper
Denne artikel giver et dybere indblik i fordelene og ulemperne ved hver type Machine Vision-kameragrænseflade, så du kan vælge den rette grænseflade til din Machine Vision-applikation. Det skal bemærkes, at VA Imaging kun leverer USB 2.0, USB 3.0 vision-kameraer, GigE-kameraer, 5GigE- og 10GigE-kameraer, og artiklen vil primært fokusere på disse fem industrielle Machine Vision-grænseflader. I tabellen til højre har vi dog også inkluderet andre grænseflader for at gøre oversigten over industrielle Machine Vision-kameragrænseflader komplet.
Hvad er båndbredden for en Machine Vision-kameragrænseflade?
Det første emne, vi vil diskutere, er båndbredden for en Machine Vision-kameragrænseflade. Kort sagt er der en måde at måle den mængde data, der kan sendes mellem computere i en bestemt periode. Inden for Machine Vision drejer dette sig om den mængde billeddata, der kan sendes fra Machine Vision-kameraet til en værtscontroller. Båndbredde måles i megabyte pr. sekund, hvilket betyder, at et USB2.0 Machine Vision-kamera kan sende billeddata svarende til 40 megabyte hvert sekund.
Dette betyder også, at en USB 3.0 Machine Vision-kameragrænseflade (hvis den anvendes ved fuld kapacitet) kan sende billeddata svarende til 400 megabyte pr. sekund, hvilket er omkring 10 gange mere end USB 2.0 Machine Vision-kameragrænsefladen. Når der sendes store mængder data (højt båndbreddeforbrug), kræver det også mere tid for computeren at behandle disse data. Derfor tager det længere tid for computeren at rekonstruere et billede. En stor båndbredde gør dog dataoverførslen hurtigere, så værtscontrolleren kan begynde at beregne og rekonstruere billeder tidligere og hurtigere. Dette er ofte påkrævet i Machine Vision-applikationer.
Ydelsesfaktor for båndbredde i Machine Vision-kameragrænseflader
Den maksimale båndbredde for din Machine Vision-kameragrænseflade er kun én af de få faktorer, der påvirker det endelige datagennemløb og resulterer i færre billeder pr. sekund. Latens, jitter og pakkedata-tab kan forringe dit datagennemløb, men kvaliteten af dit kabel kan også reducere den tilgængelige båndbredde. Vi anbefaler, at du læser vores vejledninger om USB 3.0- eller GigE Machine Vision-kameraer, hvor vi behandler disse problemstillinger.
Den nødvendige båndbredde afhænger i høj grad af Machine Vision-applikationen og begrænsningerne i dit system. Generelt kan du sige, at hvis du har et 2Megapixel-kamera, er hvert billede 2 Megabyte. Hvis dit krav angiver 10 billeder pr. sekund, er den nødvendige båndbredde 2x10=20megabyte pr. sekund. Alle Machine Vision-kameragrænseflader kan dække denne båndbredde. Hvis kravet derimod er 100 billeder pr. sekund, har du brug for en båndbredde på 2x100=200megabyte pr. sekund, og kun CameraLink-, Coaxpress-, USB 3.0-, 5GigE- og 10GigE Machine Vision-kameragrænseflader er tilbage.
Hvad er den maksimale kabellængde for et Machine Vision-kamerainterface?
Det andet punkt til drøftelse er den maksimale kabellængde for Machine Vision-kamerainterfacet. Disse maksimale kabellængder angiver, hvilken kabellængde der stadig gør det muligt at arbejde med den maksimale mængde båndbredde. Der findes for eksempel USB 3.0-kabler, som er op til 25 meter lange, men dette tal overstiger langt 4,6 meter for Machine Vision-USB 3.0-kabler, hvilket resulterer i et betydeligt tab af båndbredde. Kabler varierer alt efter den ønskede grad af fleksibilitet og
påvirker, hvor meget båndbredde du ønsker at overføre. Typiske priser for kabler er:
- USB2-kabel til Machine Vision-kamera koster mellem 4 og 6 euro
- USB 3.0-kabel til Machine Vision-kamera koster mellem 16 og 20 euro
- GigE-, 5GigE-, 10GigE-kabel til Machine Vision-kamera koster mellem 8 og 10 euro
Når Machine Vision-kameraet er monteret på en bevægelig platform, kræves der et highflex-kabel. Dette highflex-kabel kan bøjes flere gange i sekundet, hver dag i mange år. GigE Highflex-kabler er de billigste Machine Vision-highflex-kabler. De starter ved 50 euro.
Er et frame grabber nødvendigt til USB 2.0-, USB 3.0- og GigE Machine Vision-kameraer?
Til grænsefladerne USB 2.0, USB 3.0, GigE og 5GigE kræver kameraerne ikke en frame grabber. Kun for Machine Vision-grænseflader som 10GigE, camera Link, Firewire B og Coaxpress er en frame grabber obligatorisk. Det skal dog bemærkes, at »frame grabber« har en bred definition og kan fortolkes forskelligt. Hvis en computer ikke har nok USB 3.0- eller GigE-porte, har vi et interfacekort til at udvide antallet af USB 3.0- eller GigE-interfaceporte på computeren. Dette interfacekort kaldes også undertiden en frame grabber. Alle interfacekort / frame grabbers, som vi tilbyder, er testet med vores Machine Vision-kameraer for at kunne køre med fuld båndbredde.
Hvad er prisen på et Machine Vision-kamera?
Af de fem typer Machine Vision-kameragrænseflader, vi tilbyder, er 10GigE den dyreste og USB2 den billigste vision-kamera grænseflade. Alle fem er stadig billigere end Camera Link- og Coaxpress-kameraer. Med den konkurrencedygtige prismodel fås de billigste modeller alle til under 100 €. For at sætte dette i perspektiv koster en Machine Vision-framegrabber til Coaxpress omkring 500 €, og et enkelt Coaxpress-kamera koster omkring 1000 €, hvilket samlet bliver 1500 €. Det gør det 10 gange dyrere end en USB 3.0 Machine Vision-kameragrænseflade. Derfor mener vi, at vi med USB2-, USB 3.0-, GigE- og 5GigE-grænsefladen kan dække de fleste gængse Machine Vision-applikationer.
Hvor høj er CPU-belastningen på Machine Vision-kameraet?
Hver Machine Vision-kameragrænseflade bruger CPU-kraft til at overføre billederne fra grænsefladen til processorens hukommelse. Den nødvendige mængde CPU-kraft defineres som CPU-belastning. USB 3.0 har en «lav» CPU-belastning på host-controlleren, mens USB2 og GigE har en «mellem» CPU-belastning. USB 3.0 har en lav CPU-belastning, fordi den anvender en helt anden protokol end USB2 og GigE, og denne protokol kræver færre ressourcer. USB 3.0-, GigE-, 5GigE- og 10GigE-Machine Vision-kameragrænseflader anvender en Unicast Dual-Simplex-datagrænseflade. Denne grænseflade muliggør overførsel af data i begge retninger. Den fungerer ved, at en host-styret procedure sender rutepakker og notifikationer eksplicit på en allokron måde.
Dette gør det muligt for Machine Vision-kameraet at sende en meddelelse til host-controlleren, når det er klar til dataoverførsel. Denne nyere mekanisme reducerer system- og CPU-belastningen sammenlignet med pollingmekanismen i USB2.0. For at præcisere anvender USB2.0-Machine Vision-kameragrænsefladen envejsdataoverførsel, hvilket resulterer i, at der stables flere data (billedpakker) på grænsefladekortet, og at CPU'en pålægges mere arbejde. Et 5GigE-Machine Vision-kamera anvender også ekstra CPU-belastning. 5GigE-kameraet sender billeder med tabsfri komprimering via 1000mbit-ethernetgrænsefladen til computeren. Computeren skal dekomprimere billederne, hvilket medfører en ekstra CPU-belastning.
Sammenfattende har USB 3.0 klart det laveste CPU-forbrug, mens GigE og 10GigE har lidt højere CPU-forbrug end USB 3.0. 5GigE og USB2 har det højeste CPU-forbrug.
Forbrugeraccept og produktlivscyklus for Machine Vision-grænseflader
For at give dig et endnu bedre overblik over produktets livscyklus end det, der fremgår af tabellen ovenfor, har vi også udarbejdet grafen til højre. Den viser, hvilket stadie i produktets livscyklus hver Machine Vision-grænseflade befinder sig på.
Introduktion
De første to Machine Vision-grænseflader, som stadig er i introduktionsfasen (og under udvikling), er 10 GigE- og N-BASE-T-produkterne (5GigE). Begge Machine Vision-kameraer er velegnede til højhastighedsbilledbehandling ved brug af de kommercielle Cat6e-ethernetkabler, der anvendes med normale GigE-kameraer. 10 GigE Vision har cirka 10x båndbredde i forhold til et standard GigE Vision-kamera, men kræver et 10GigE-netværkskort.
Vækst
En af de grænseflader, der er angivet i vækstfasen, er Coaxpress. Denne grænseflade ligner 10 GigE og N-BASE-T, da den er velegnet til højhastighedsbilledbehandling. Ulempen ved denne grænseflade er, at en framegrabber er obligatorisk, og at både framegrabberne og Coaxpress-kameraet er relativt dyre.
Modenhed
I modenhedsfasen ses to Machine Vision-grænseflader, som VA Imaging sælger, nemlig GigE og USB 3.0. USB 3.0 Vision-standarden blev grundlagt i 2011, og GigE Vision-standarden i 2006, begge af Automated Imaging Association. Vi mener, at begge disse Machine Vision-grænseflader har nået toppen af deres modenhed, og efterspørgslen er i øjeblikket på sit højeste. Vi forventer, at GigE forbliver i modenhedsfasen i mindst 5 år endnu og USB 3.0 endnu længere.
Tilbagegang
De sidste to Machine Vision-grænseflader, USB2 og kamera Link, er i tilbagegangsfasen. På grund af et bedre alternativ (USB 3.0 i stedet for USB2 og Coaxpress i stedet for CameraLink) er efterspørgslen faldende og vil fortsætte med at falde i de kommende år. USB2 har meget begrænset båndbredde, og protokollen er ikke så robust, hvilket gør den velegnet til kun et begrænset udvalg af applikationer. Når Machine Vision-applikationen imidlertid har meget minimale krav, er USB2 det bedste valg med hensyn til omkostninger. kamera Link har en god båndbredde, men er en dyr løsning sammenlignet med Coaxpress, USB 3.0 og i fremtiden 10 GigE og N-BASE-T med hensyn til båndbredde. Kamera Link Machine Vision-kameraer er også dyre og har kostbare kabler.
Flere Machine Vision-kameraer
Når du installerer flere Machine Vision-kameraer på én værtscontroller, er det vigtigt at overvåge dit båndbreddeforbrug. Brug af denne type opsætning kræver normalt et interfacekort med flere indgange. Vi dækker kun opsætninger med flere Machine Vision-kameraer til USB2, USB 3.0 og GigE.
Flere USB 3.0 Machine Vision-kameraer
Med USB 3.0 har denne Machine Vision-grænseflade fremragende kompatibilitet med et system med flere Machine Vision-kameraer. Du kan enten bruge et stjernenetværk eller et punkt-til-punkt-netværk til USB 3.0. Ved brug af et stjernenetværk tilsluttes flere Machine Vision-kameraer til en enkelt USB 3.0-hub. USB 3.0-båndbredden fordeles mellem de tilsluttede USB 3.0 Machine Vision-kameraer. Dette skyldes, at alle individuelle USB 3.0 Machine Vision-kameraer bruger af den enkelte båndbredde fra værten, der er tilsluttet USB 3.0-hubben.
Med den anden mulighed, et USB 3.0 punkt-til-punkt-netværk, tilslutter du hvert USB 3.0 Machine Vision-kamera direkte til USB 3.0-værtscontrolleren. USB 3.0-grænsefladekortet kan have op til fire USB 3.0-værtscontrollerindgange, hvilket gør det muligt at tilslutte fire USB 3.0 Machine Vision-kameraer til ét grænsefladekort. Hvert USB 3.0 Machine Vision-kamera kan nu bruge den fulde båndbredde i USB 3.0-protokollen.
Flere GigE Machine Vision-kameraer
GigE-, 5GigE- og 10GigE Machine Vision-kameraer er også en god mulighed for et system med flere Machine Vision-kameraer. Med høj fleksibilitet og billig kabelføring er de ideelle til overvågning af transportbånd samt sports- og bevægelsesanalyse med flere Machine Vision-kameraer. Princippet er det samme som med USB 3.0-kameraer. Du kan både have et stjernenetværk med en ethernet-switch eller et punkt-til-punkt-netværk med et grænsefladekort med flere GigE-indgange.
Flere USB2.0 Machine Vision-kameraer
Den sidste grænseflade, vi tilbyder, USB2.0, er den mindst egnede til opsætninger med flere Machine Vision-kameraer. Dette betyder ikke, at du ikke kan tilslutte og bruge flere USB2.0 Machine Vision-kameraer, men at den vil have den dårligste ydeevne af de tre. Igen er begge netværksmuligheder (stjerne og punkt-til-punkt) mulige, ligesom med USB 3.0.
Hvordan vælger man et Machine Vision-kamerainterface?
Når du vælger en grænseflade til et Machine Vision-kamera, giver vi dig følgende retningslinjer:
- USB2.0 Machine Vision-kameragrænsefladen er den billigste og nemmeste at bruge af alle 3 muligheder. Båndbredde og kabellængde er dog begrænsede. USB2.0 Machine Vision-kameraer er ideelle til applikationer, der kræver maksimalt 1.3MP ved 30fps eller 5MP ved 7fps, med en kabellængde, der ikke overstiger 5 meter.
- USB 3.0 Machine Vision-kameragrænsefladen er en af de hurtigste grænseflader, vi supporterer, og den bruger den mindste mængde processorkraft fra computeren. Derfor er den ideel til billedbehandling med høj opløsning og høj hastighed. Kabellængden er derimod begrænset til 4.5 meter.
- GigE Vision-kameragrænsefladen anvendes ofte i Machine Vision-applikationer, der kræver længere kabellængder (mellem 5 og 100meter). Båndbredde er gennemsnitlig (mellem USB2.0 og USB 3.0). Dette gør den ideel til de fleste Machine Vision-applikationer. Både 20MP vision-kameraer med lave billedhastigheder og vision-kameraer med lav opløsning og høje billedhastigheder fås med GigE-grænsefladen.
- 5GigE Vision-grænsefladen er en ny Machine Vision-grænseflade med samme ydeevne som USB 3.0. Fordelene sammenlignet med USB 3.0 er de lange kabellængder (op til 100m) og brugen af billige Cat6e-netværkskabler. Denne Machine Vision-kameragrænseflade bruger dog mere CPU-kraft end USB 3.0.
- 10GigE Vision-kameragrænsefladen har en meget høj båndbredde, hvilket gør den ideel til kameraer med meget høj opløsning ved høje billedhastigheder. Kablerne er billige, og lange kabellængder er mulige. Denne Machine Vision-kameragrænseflade kræver en 10GigE framegrabber. De samlede omkostninger for denne Machine Vision-kameragrænseflade er højere end for GigE, 5GigE og USB3.