¿Qué interfaz de cámara es adecuada para su sistema de visión?
Compare las ventajas y limitaciones de las diferentes interfaces de cámaras de visión artificial y aprenda a elegir la interfaz adecuada para su aplicación de visión.
Whitepaper sobre la interfaz de cámara de visión por máquina
Este artículo compara las principales ventajas y limitaciones de diferentes interfaces de cámara para ayudarle a elegir la opción más adecuada para su aplicación de visión.
VA Imaging suministra cámaras con interfaces USB2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE y 10GigE, por lo que el artículo se centra principalmente en estas cinco opciones. La tabla comparativa también incluye varias otras interfaces de cámara industrial para ofrecer una visión general más amplia de las tecnologías disponibles.
¿Cuál es el ancho de banda de una interfaz de cámara de visión por máquina?
El primer factor que se debe considerar al comparar interfaces de cámara es el ancho de banda. El ancho de banda describe cuántos datos se pueden transferir dentro de un período específico. En un sistema de visión, esto se refiere a la cantidad de datos de imagen que se pueden transferir desde la cámara al controlador host.
El ancho de banda se expresa habitualmente en megabytes por segundo (MB/s). Por ejemplo, USB 2.0 proporciona considerablemente menos ancho de banda disponible que USB 3.0. En la práctica, esto significa que una interfaz con mayor ancho de banda puede transferir mayores cantidades de datos de imagen en menos tiempo.
Un mayor ancho de banda adquiere especial importancia al trabajar con altas resoluciones, altas velocidades de fotogramas u otras aplicaciones que generan grandes cantidades de datos de imagen. Por lo tanto, el ancho de banda disponible de la interfaz desempeña un papel importante al seleccionar una conexión adecuada para un sistema de visión.
Factor de rendimiento para el ancho de banda de la interfaz de la cámara de visión artificial
El ancho de banda máximo de una interfaz es solo uno de los factores que determina el rendimiento de datos real de un sistema de visión. La latencia, la fluctuación, la pérdida de paquetes, la calidad del cable, la sobrecarga del sistema y el rendimiento de procesamiento pueden reducir el rendimiento efectivo disponible en la práctica.
El ancho de banda necesario depende de la aplicación, incluidos factores como la resolución, la frecuencia de imagen, la profundidad de bits y el formato de píxel. Una mayor resolución o frecuencia de imagen aumenta la cantidad de datos de imagen que deben transferirse.
Por ejemplo, un sistema que funciona a 10 imágenes por segundo requiere significativamente menos ancho de banda que la misma configuración funcionando a 100 imágenes por segundo. Por lo tanto, las Aplicaciones con mayores requisitos de datos pueden requerir interfaces como USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link o CoaXPress.
Al comparar interfaces, tenga en cuenta tanto el ancho de banda teórico como el rendimiento real que puede alcanzarse dentro del sistema de visión completo.
¿Cuál es la longitud máxima de cable para cada interfaz de cámara?
El segundo factor que se debe considerar es la longitud máxima práctica del cable de cada interfaz de cámara. La longitud del cable puede afectar a la calidad de la señal y a la velocidad de datos que se puede mantener de forma fiable, por lo que se debe tener en cuenta la distancia necesaria entre la cámara y el sistema host al seleccionar una interfaz.
Por ejemplo, USB 3.0 se puede utilizar a mayores distancias con soluciones de cable específicas, pero los tendidos de cable más largos pueden requerir cableado activo o especializado para mantener un rendimiento fiable. Las interfaces basadas en GigE suelen ser más adecuadas para mayores distancias de transmisión.
La selección del cable también depende de la flexibilidad requerida, el entorno de instalación y el movimiento previsto. Los precios habituales de los cables son aproximadamente:
- Cable USB 2.0: €4–€6
- Cable USB 3.0: €16–€20
- Cable GigE, 5GigE o 10GigE: €8–€10
Cuando la cámara se instala en un sistema móvil, puede ser necesario un cable de alta flexibilidad. Estos cables están diseñados para soportar flexiones repetidas durante largos periodos de funcionamiento. Los cables GigE de alta flexibilidad suelen estar entre las opciones más rentables, con precios a partir de aproximadamente €50.
¿Qué interfaces de cámara requieren un frame grabber?
Las interfaces USB 2.0, USB 3.0, GigE y 5GigE generalmente no requieren un frame grabber. La cámara puede conectarse directamente a una interfaz compatible del ordenador anfitrión.
Sin embargo, las interfaces como Camera Link y CoaXPress normalmente requieren hardware de adquisición dedicado para recibir y procesar los datos de imagen.
El término frame grabber se utiliza a veces de forma más amplia. Por ejemplo, si un ordenador no dispone de suficientes puertos USB 3.0 o GigE, se puede instalar una tarjeta de interfaz adicional para aumentar el número de conexiones disponibles. Estas tarjetas de expansión a veces pueden denominarse frame grabbers, aunque su función difiere de la de un frame grabber tradicional utilizado con interfaces como Camera Link o CoaXPress.
Las tarjetas de interfaz que ofrecemos se prueban para garantizar la compatibilidad y el funcionamiento fiable con los sistemas de cámara compatibles a las velocidades de datos requeridas.
Precios de cámaras por interfaz
La interfaz de la cámara puede tener un impacto significativo en el coste total del sistema. Entre las opciones de interfaz tratadas en este artículo, USB 2.0 es generalmente la más rentable, mientras que las interfaces de mayor rendimiento, como 10GigE, tienden a ser más caras.
El coste total también debe incluir cualquier hardware adicional necesario para la adquisición de imágenes. Las interfaces como Camera Link y CoaXPress suelen requerir hardware de adquisición dedicado, lo que puede aumentar considerablemente el precio global del sistema.
Para muchas aplicaciones de visión convencionales, las interfaces como USB 2.0, USB 3.0, GigE y 5GigE proporcionan un equilibrio práctico entre rendimiento, requisitos de integración y coste. Las interfaces de mayor ancho de banda pueden resultar más relevantes cuando la aplicación requiere velocidades de datos, resoluciones o frecuencias de imagen muy elevadas.
Carga de CPU por interfaz de cámara
La interfaz de la cámara puede influir en la cantidad de capacidad de procesamiento necesaria para transferir datos de imagen al sistema host. Esto se denomina generalmente carga de CPU.
El uso de la CPU depende no solo de la propia interfaz, sino también de factores como el controlador, la velocidad de datos, los requisitos de procesamiento de imágenes, la configuración de red y el rendimiento del ordenador host.
En general, USB 3.0 puede proporcionar una transferencia de datos relativamente eficiente con una baja sobrecarga del sistema host. Las interfaces basadas en Ethernet, como GigE, 5GigE y 10GigE, pueden requerir procesamiento adicional para la comunicación de red y la gestión de paquetes, especialmente a velocidades de datos más altas.
USB 2.0 puede imponer una mayor carga al sistema host al transferir grandes cantidades de datos de imagen, mientras que las interfaces de mayor velocidad pueden transferir más datos sin aumentar necesariamente el uso de la CPU de forma proporcional.
Algunas implementaciones también pueden utilizar compresión o procesamiento adicional antes o después de la transmisión. En estos casos, la descompresión u otros pasos de procesamiento pueden aumentar el uso de la CPU en el ordenador host.
Por lo tanto, al comparar interfaces, la carga de CPU debe evaluarse junto con el ancho de banda, la frecuencia de imagen, la resolución, el soporte del controlador y las capacidades de procesamiento del sistema de visión completo, en lugar de considerarse una característica fija de la interfaz por sí sola.
Adopción de interfaces de cámara y ciclo de vida del producto
Para obtener una visión más clara del ciclo de vida del producto, el gráfico muestra la etapa de madurez actual de cada interfaz de cámara abordada en este artículo. Proporciona una comparación visual del grado de consolidación de las diferentes tecnologías de interfaz en el mercado.
Introducción
Entre las tecnologías de interfaz más recientes de esta comparación se encuentran 10GigE y 5GigE (NBASE-T). Ambas están diseñadas para aplicaciones que requieren velocidades de datos más elevadas y pueden utilizar cableado basado en Ethernet. En comparación con GigE estándar, estas interfaces proporcionan un ancho de banda considerablemente mayor, aunque el sistema host también debe admitir la conexión de red requerida.
Crecimiento
CoaXPress se utiliza habitualmente en aplicaciones de imágenes de alto rendimiento donde se requieren velocidades de datos muy elevadas. Una consideración clave es que normalmente requiere hardware de adquisición dedicado, lo que aumenta el coste total del sistema en comparación con las interfaces que se conectan directamente al ordenador host.
Madurez
GigE y USB 3.0 son interfaces consolidadas con una amplia adopción en sistemas de visión industrial. Ambas se han utilizado durante muchos años y cuentan con el soporte de una amplia gama de cámaras, software y componentes de sistemas.
Su uso continuado se debe en gran medida a una combinación de rendimiento, disponibilidad, compatibilidad y flexibilidad de integración.
Declive
Las interfaces más antiguas, como USB 2.0 y Camera Link, se sustituyen cada vez más en los nuevos diseños de sistemas por alternativas más recientes que ofrecen un mayor ancho de banda o una integración más sencilla.
USB 2.0 sigue siendo adecuado para aplicaciones con requisitos de datos relativamente bajos en las que el coste es un factor importante. Camera Link aún puede proporcionar un rendimiento sólido, pero normalmente requiere hardware de adquisición dedicado y cableado especializado, lo que puede hacer que las interfaces alternativas resulten más atractivas para muchas instalaciones nuevas.
La interfaz más adecuada depende en última instancia del ancho de banda requerido, la longitud del cable, la arquitectura del sistema, el coste y la disponibilidad a largo plazo.
Uso de varias cámaras en un sistema de Visión
Al conectar varias cámaras a un único controlador anfitrión, es importante tener en cuenta el ancho de banda total disponible y cómo se comparte entre los dispositivos conectados.
Dependiendo de la configuración del sistema, შეიძლება ser necesaria una tarjeta de interfaz adicional con varios puertos. En esta sección, nos centramos en configuraciones multicámara que utilizan interfaces USB 2.0, USB 3.0 y GigE.
Múltiples cámaras con USB 3.0
USB 3.0 puede utilizarse eficazmente en sistemas multicámara. Las cámaras pueden conectarse a través de un hub USB 3.0 compartido o directamente a puertos independientes del controlador host.
Con un hub compartido, el ancho de banda disponible se divide entre las cámaras conectadas porque utilizan la misma conexión ascendente al host.
Con una configuración punto a punto, cada cámara se conecta directamente a un puerto USB 3.0 dedicado del controlador host. Esto puede proporcionar más ancho de banda por cámara, dependiendo de la tarjeta de interfaz y de la arquitectura del sistema host.
Múltiples cámaras con GigE
GigE, 5GigE y 10GigE también son adecuados para sistemas multicámara, especialmente cuando son importantes el cableado flexible y las mayores distancias de transmisión.
Se pueden conectar múltiples cámaras a través de un switch Ethernet o directamente a puertos independientes de interfaz de red. El ancho de banda disponible depende de la topología de red, la velocidad de la interfaz y de cómo se distribuye el tráfico en el sistema.
Múltiples cámaras con USB 2.0
USB 2.0 puede admitir múltiples cámaras, pero su menor ancho de banda disponible lo hace menos adecuado para aplicaciones multicámara exigentes.
Al igual que con USB 3.0, las cámaras pueden conectarse a través de un hub compartido o directamente a puertos independientes del controlador host. Para aplicaciones con resoluciones o velocidades de fotogramas más altas, generalmente es más adecuada una interfaz con mayor ancho de banda.
Cómo elegir la interfaz de cámara adecuada
Al seleccionar una interfaz de cámara, tenga en cuenta el ancho de banda requerido, la longitud del cable, la frecuencia de imagen, la resolución, la arquitectura del sistema y el coste total.
- USB 2.0: Una opción rentable para aplicaciones con requisitos de ancho de banda relativamente bajos. Sus principales limitaciones son velocidades de datos más bajas y longitudes de cable prácticas más cortas en comparación con interfaces más recientes.
- USB 3.0: Proporciona un alto ancho de banda y una transferencia de datos eficiente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones con resoluciones o frecuencias de imagen más altas. Las longitudes estándar de cables pasivos son relativamente limitadas, aunque el cableado especializado puede ampliar la distancia de conexión.
- GigE: Muy adecuado para aplicaciones que requieren longitudes de cable mayores. Proporciona un equilibrio práctico entre ancho de banda, flexibilidad de instalación y coste, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de sistemas de visión.
- 5GigE: Proporciona considerablemente más ancho de banda que GigE estándar, al tiempo que mantiene las ventajas del cableado basado en Ethernet y las mayores distancias de transmisión. El sistema host debe admitir la velocidad de red requerida para aprovechar el ancho de banda disponible.
- 10GigE: Diseñado para aplicaciones con requisitos de datos muy elevados, como imaging de alta resolución a frecuencias de imagen más altas. Ofrece significativamente más ancho de banda que GigE estándar, pero normalmente requiere hardware de red 10GigE compatible, lo que puede aumentar el coste total del sistema.
En última instancia, la mejor interfaz depende de los requisitos completos del sistema y no solo del ancho de banda. La longitud del cable, el número de cámaras, la compatibilidad del host, los requisitos de procesamiento y la escalabilidad futura deben considerarse antes de realizar una selección final.