Quelle interface de caméra convient à votre système de Vision ?
Comparez les avantages et les limites des différentes interfaces de caméra de vision industrielle et découvrez comment choisir l’interface adaptée à votre application de vision.
Livre blanc sur les interfaces de caméra de vision industrielle
Cet article compare les principaux avantages et limites des différentes interfaces de caméra afin de vous aider à choisir l’option la plus adaptée à votre application de vision.
VA Imaging fournit des caméras dotées d’interfaces USB2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE et 10GigE, l’article se concentre donc principalement sur ces cinq options. Le tableau comparatif inclut également plusieurs autres interfaces de caméras industrielles afin de fournir un aperçu plus large des technologies disponibles.
Quelle est la bande passante d'une interface de caméra de vision industrielle ?
Le premier facteur à prendre en compte lors de la comparaison des interfaces de caméra est la bande passante. La bande passante décrit la quantité de données pouvant être transférée au cours d'une période donnée. Dans un système de vision, cela désigne la quantité de données d'image pouvant être transférée de la caméra vers le contrôleur hôte.
La bande passante est généralement exprimée en mégaoctets par seconde (Mo/s). Par exemple, l'USB 2.0 offre une bande passante disponible nettement inférieure à celle de l'USB 3.0. En pratique, cela signifie qu'une interface disposant d'une bande passante plus élevée peut transférer de plus grandes quantités de données d'image en moins de temps.
Une bande passante plus élevée devient particulièrement importante lors de l'utilisation de hautes résolutions, de fréquences d'images élevées ou d'autres applications générant de grandes quantités de données d'image. La bande passante d'interface disponible joue donc un rôle important lors de la sélection d'une connexion adaptée à un système de vision.
Facteur de performance pour la bande passante de l'interface de caméra de vision industrielle
La bande passante maximale d'une interface n'est qu'un des facteurs qui déterminent le débit de données réel d'un système de vision. La latence, la gigue, la perte de paquets, la qualité des câbles, la surcharge du système et les performances de traitement peuvent tous réduire le débit effectif disponible en pratique.
La bande passante requise dépend de l'application, y compris de facteurs tels que la résolution, la fréquence d'images, la profondeur de bits et le format de pixel. Une résolution ou une fréquence d'images plus élevée augmente la quantité de données d'image à transférer.
Par exemple, un système fonctionnant à 10 images par seconde nécessite une bande passante nettement inférieure à celle de la même configuration fonctionnant à 100 images par seconde. Les Applications ayant des exigences de données plus élevées peuvent donc nécessiter des interfaces telles que USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link ou CoaXPress.
Lors de la comparaison des interfaces, tenez compte à la fois de la bande passante théorique et du débit réel pouvant être atteint au sein du système de vision complet.
Quelle est la longueur maximale de câble pour chaque interface de caméra ?
Le deuxième facteur à prendre en compte est la longueur de câble pratique maximale de chaque interface de caméra. La longueur du câble peut affecter la qualité du signal et le débit de données pouvant être maintenu de manière fiable. La distance requise entre la caméra et le système hôte doit donc être prise en compte lors de la sélection d'une interface.
Par exemple, l'USB 3.0 peut être utilisé sur de plus longues distances avec des solutions de câbles spécifiques, mais des longueurs de câble plus importantes peuvent nécessiter un câblage actif ou spécialisé pour maintenir des performances fiables. Les interfaces basées sur GigE sont généralement mieux adaptées aux distances de transmission plus longues.
Le choix du câble dépend également de la flexibilité requise, de l'environnement d'installation et des mouvements attendus. Les prix typiques des câbles sont approximativement les suivants :
- Câble USB 2.0 : €4–€6
- Câble USB 3.0 : €16–€20
- Câble GigE, 5GigE ou 10GigE : €8–€10
Lorsque la caméra est installée sur un système mobile, un câble haute flexibilité peut être nécessaire. Ces câbles sont conçus pour résister à des flexions répétées pendant de longues périodes de fonctionnement. Les câbles GigE haute flexibilité comptent souvent parmi les options les plus économiques, avec des prix à partir d'environ €50.
Quelles interfaces de caméra nécessitent un frame grabber ?
Les interfaces USB 2.0, USB 3.0, GigE et 5GigE ne nécessitent généralement pas de frame grabber. La caméra peut se connecter directement à une interface compatible sur l'ordinateur hôte.
Les interfaces telles que Camera Link et CoaXPress nécessitent toutefois généralement un matériel d'acquisition dédié pour recevoir et traiter les données d'image.
Le terme frame grabber est parfois utilisé dans un sens plus large. Par exemple, si un ordinateur ne dispose pas de suffisamment de ports USB 3.0 ou GigE, une carte d'interface supplémentaire peut être installée afin d'augmenter le nombre de connexions disponibles. Ces cartes d'extension peuvent parfois être appelées frame grabbers, bien que leur fonction diffère de celle d'un frame grabber traditionnel utilisé avec des interfaces telles que Camera Link ou CoaXPress.
Les cartes d'interface que nous proposons sont testées pour assurer leur compatibilité et leur fonctionnement fiable avec les systèmes de caméras pris en charge aux débits de données requis.
Tarification des caméras par interface
L'interface de la caméra peut avoir un impact significatif sur le coût total du système. Parmi les options d'interface couvertes dans cet article, l'USB 2.0 est généralement la plus rentable, tandis que les interfaces offrant des performances supérieures telles que 10GigE ont tendance à être plus coûteuses.
Le coût total doit également inclure tout matériel supplémentaire requis pour l'acquisition d'images. Les interfaces telles que Camera Link et CoaXPress nécessitent généralement du matériel d'acquisition dédié, ce qui peut augmenter considérablement le prix global du système.
Pour de nombreuses applications de vision courantes, des interfaces telles que USB 2.0, USB 3.0, GigE et 5GigE offrent un équilibre pratique entre performances, exigences d'intégration et coût. Les interfaces à bande passante plus élevée peuvent devenir plus pertinentes lorsque l'application nécessite des débits de données, des résolutions ou des cadences d'images très élevés.
Charge du processeur par interface de caméra
L'interface de la caméra peut influencer la puissance de traitement nécessaire pour transférer les données d'image vers le système hôte. Cela est généralement appelé charge CPU.
L'utilisation du CPU dépend non seulement de l'interface elle-même, mais aussi de facteurs tels que le pilote, le débit de données, les exigences de traitement d'image, la configuration réseau et les performances de l'ordinateur hôte.
En général, l'USB 3.0 peut assurer un transfert de données relativement efficace avec une faible surcharge du système hôte. Les interfaces basées sur Ethernet telles que GigE, 5GigE et 10GigE peuvent nécessiter un traitement supplémentaire pour la communication réseau et la gestion des paquets, en particulier à des débits de données plus élevés.
L'USB 2.0 peut imposer une charge plus importante au système hôte lors du transfert de grandes quantités de données d'image, tandis que les interfaces à vitesse supérieure peuvent transférer davantage de données sans nécessairement augmenter proportionnellement l'utilisation du CPU.
Certaines implémentations peuvent également utiliser une compression ou un traitement supplémentaire avant ou après la transmission. Dans ces cas, la décompression ou d'autres étapes de traitement peuvent augmenter l'utilisation du CPU sur l'ordinateur hôte.
Lors de la comparaison des interfaces, la charge CPU doit donc être évaluée conjointement avec la bande passante, la fréquence d'images, la résolution, le support des pilotes et les capacités de traitement du système de vision complet, plutôt que comme une caractéristique fixe de l'interface seule.
Adoption de l'interface caméra et cycle de vie du produit
Pour une vue d'ensemble plus claire du cycle de vie des produits, le graphique indique le stade de maturité actuel de chaque interface de caméra présentée dans cet article. Il fournit une comparaison visuelle du degré d'implantation des différentes technologies d'interface sur le marché.
Introduction
Parmi les technologies d'interface les plus récentes de cette comparaison figurent 10GigE et 5GigE (NBASE-T). Toutes deux sont conçues pour les applications nécessitant des débits de données plus élevés et pouvant utiliser un câblage basé sur Ethernet. Par rapport au GigE standard, ces interfaces offrent une bande passante nettement supérieure, bien que le système hôte doive également prendre en charge la connexion réseau requise.
Croissance
CoaXPress est couramment utilisé dans les applications d'imagerie haute performance nécessitant des débits de données très élevés. Un point essentiel à prendre en compte est qu'il nécessite généralement un matériel d'acquisition dédié, ce qui augmente le coût global du système par rapport aux interfaces qui se connectent directement à l'ordinateur hôte.
Maturité
GigE et USB 3.0 sont des interfaces établies et largement adoptées dans les systèmes de vision industrielle. Toutes deux sont utilisées depuis de nombreuses années et sont prises en charge par un large éventail de caméras, de logiciels et de composants système.
Leur utilisation continue est largement motivée par une combinaison de performances, de disponibilité, de compatibilité et de flexibilité d'intégration.
Déclin
Les interfaces plus anciennes telles que USB 2.0 et Camera Link sont de plus en plus remplacées dans les nouvelles conceptions de systèmes par des alternatives plus récentes offrant une bande passante plus élevée ou une intégration plus facile.
USB 2.0 reste adapté aux applications présentant des besoins en données relativement faibles où le coût est un facteur important. Camera Link peut encore offrir de solides performances, mais nécessite généralement un matériel d'acquisition dédié et un câblage spécialisé, ce qui peut rendre les interfaces alternatives plus attractives pour de nombreuses nouvelles installations.
L'interface la plus adaptée dépend en définitive de la bande passante requise, de la longueur de câble, de l'architecture du système, du coût et de la disponibilité à long terme.
Utilisation de plusieurs caméras dans un même système de Vision
Lors de la connexion de plusieurs caméras à un seul contrôleur hôte, il est important de prendre en compte la bande passante totale disponible et la manière dont elle est partagée entre les périphériques connectés.
Selon la configuration du système, une carte d'interface supplémentaire avec plusieurs ports peut être nécessaire. Dans cette section, nous nous concentrons sur les configurations multi-caméras utilisant des interfaces USB 2.0, USB 3.0 et GigE.
Plusieurs caméras avec USB 3.0
L’USB 3.0 peut être utilisé efficacement dans les systèmes à plusieurs caméras. Les caméras peuvent être connectées via un hub USB 3.0 partagé ou directement à des ports de contrôleur hôte distincts.
Avec un hub partagé, la bande passante disponible est répartie entre les caméras connectées, car elles utilisent la même connexion montante vers l’hôte.
Avec une configuration point à point, chaque caméra se connecte directement à un port de contrôleur hôte USB 3.0 dédié. Cela peut fournir davantage de bande passante par caméra, selon la carte d’interface et l’architecture du système hôte.
Plusieurs caméras avec GigE
GigE, 5GigE et 10GigE conviennent également aux systèmes à plusieurs caméras, notamment lorsque la flexibilité du câblage et les longues distances de transmission sont importantes.
Plusieurs caméras peuvent être connectées via un commutateur Ethernet ou directement à des ports d’interface réseau distincts. La bande passante disponible dépend de la topologie du réseau, de la vitesse de l’interface et de la manière dont le trafic est réparti dans le système.
Plusieurs caméras avec USB 2.0
L’USB 2.0 peut prendre en charge plusieurs caméras, mais sa bande passante disponible plus faible le rend moins adapté aux applications exigeantes à plusieurs caméras.
Comme avec l’USB 3.0, les caméras peuvent être connectées via un hub partagé ou directement à des ports de contrôleur hôte distincts. Pour les applications avec des résolutions ou des fréquences d’images plus élevées, une interface offrant une bande passante supérieure est généralement plus adaptée.
Comment choisir la bonne interface de caméra
Lors de la sélection d'une interface de caméra, tenez compte de la bande passante requise, de la longueur du câble, de la fréquence d'images, de la résolution, de l'architecture du système et du coût global.
- USB 2.0: Une option économique pour les applications ayant des exigences de bande passante relativement faibles. Ses principales limitations sont des débits de données plus faibles et des longueurs de câble pratiques plus courtes par rapport aux interfaces plus récentes.
- USB 3.0: Offre une bande passante élevée et un transfert de données efficace, ce qui le rend adapté aux applications avec des résolutions ou des fréquences d'images plus élevées. Les longueurs de câble passif standard sont relativement limitées, bien qu'un câblage spécialisé puisse étendre la distance de connexion.
- GigE: Bien adapté aux applications nécessitant des longueurs de câble plus importantes. Il offre un équilibre pratique entre bande passante, flexibilité d'installation et coût, ce qui le rend adapté à un large éventail de systèmes de vision.
- 5GigE: Offre une bande passante nettement supérieure à celle du GigE standard tout en conservant les avantages du câblage basé sur Ethernet et des distances de transmission plus longues. Le système hôte doit prendre en charge la vitesse réseau requise afin de tirer parti de la bande passante disponible.
- 10GigE: Conçu pour les applications ayant des exigences de données très élevées, telles que l'imagerie haute résolution à des fréquences d'images plus élevées. Il offre une bande passante nettement supérieure à celle du GigE standard, mais nécessite généralement un matériel réseau 10GigE compatible, ce qui peut augmenter le coût global du système.
La meilleure interface dépend en définitive des exigences complètes du système plutôt que de la seule bande passante. La longueur du câble, le nombre de caméras, la compatibilité de l'hôte, les exigences de traitement et l'évolutivité future doivent tous être pris en compte avant de faire un choix final.