Come selezionare un'interfaccia Telecamera machine vision (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Visione)?
Gaspar van Elmbt
Questo articolo fornirà un approfondimento su quali siano i vantaggi e gli svantaggi di ciascun tipo di interfaccia Telecamera per machine vision, così da poter scegliere l'interfaccia più adatta per la tua applicazione di machine vision.
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Whitepaper sull'interfaccia della Telecamera per Machine vision
Questo articolo fornirà un approfondimento sui vantaggi e gli svantaggi di ciascun tipo di interfaccia Telecamera per machine vision, così da poter selezionare l’interfaccia più adatta per la tua applicazione di machine vision. Va notato che VA Imaging fornisce solo USB 2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE e 10GigE machine vision cameras e l’articolo sarà principalmente focalizzato su queste cinque interfacce industriali per machine vision. Tuttavia, nella tabella a destra abbiamo incluso anche altre interfacce per rendere la panoramica delle interfacce Telecamera per machine vision industriali completa.
Qual è la bandwidth di un'interfaccia Telecamera machine vision?
Il primo argomento che discuteremo è la bandwidth di una Telecamera machine vision interfaccia. In parole semplici, esiste un modo per misurare la quantità di dati che può essere inviata tra computer durante un determinato periodo. Nel contesto della machine vision, questo riguarda la quantità di dati immagine che può essere inviata dalla Telecamera machine vision a un host controller. Bandwidth si misura in megabyte al secondo, il che significa che una Telecamera machine vision USB2.0 può inviare dati immagine equivalenti a 40 megabyte ogni secondo.
Questo significa anche che una Telecamera machine vision USB 3.0 interfaccia (se utilizzata alla massima capacità) può inviare dati immagine equivalenti a 400 megabyte al secondo, ovvero circa 10 volte di più rispetto all’interfaccia USB 2.0 della Telecamera machine vision. Quando si inviano grandi quantità di dati (elevato utilizzo della bandwidth), il computer impiega anche più tempo per elaborare questi dati. Di conseguenza, il computer impiega più tempo per ricostruire un’immagine. Tuttavia, una bandwidth elevata rende il trasferimento dei dati più veloce, consentendo all’host controller di iniziare a calcolare e ricostruire le immagini prima e più rapidamente. Questo è spesso richiesto nelle applicazioni di machine vision.
Fattore di prestazione per la bandwidth dell’interfaccia Telecamera machine vision
La massima bandwidth dell’interfaccia Telecamera machine vision è solo uno dei pochi fattori che influenzano il throughput finale dei dati, con conseguente riduzione delle immagini al secondo. La latenza, il jitter e la perdita di pacchetti possono degradare il throughput dei dati, ma anche la qualità del cavo può ridurre la bandwidth disponibile. Consigliamo di leggere le nostre guide su USB 3.0 o GigE Telecamere machine vision, dove affrontiamo queste problematiche.
La bandwidth necessaria dipende molto dall’applicazione machine vision e dai limiti del sistema. In generale, si può affermare che se si dispone di una Telecamera da 2 Megapixel, ogni immagine è di 2 Megabyte. Se il requisito prevede 10 immagini al secondo, la bandwidth richiesta è 2x10=20 megabyte al secondo. Ogni interfaccia Telecamera machine vision può gestire questa bandwidth. Tuttavia, se il requisito è di 100 immagini al secondo, sono necessari 2x100=200 megabyte al secondo di bandwidth e rimangono solo CameraLink, Coaxpress, USB 3.0, 5GigE e 10GigE interfacce Telecamera machine vision interface .
Qual è la lunghezza massima del cavo per un'interfaccia Telecamera machine vision?
Il secondo punto di discussione è la lunghezza massima del cavo dell'interfaccia della Telecamera machine vision. Queste lunghezze massime del cavo indicano quale lunghezza consente ancora di lavorare con la massima quantità di bandwidth. Esistono, ad esempio, cavi USB 3.0 che arrivano fino a 25 metri, tuttavia questo numero supera di gran lunga i 4,6 metri dei cavi USB 3.0 machine vision, il che comporta una notevole perdita di bandwidth. La scelta del cablaggio varia in base al grado di flessibilità desiderato e
influenza la quantità di bandwidth che desideri trasferire. La tipica fascia di prezzo per i cavi è:
- Il cavo USB2 per Telecamera machine vision costa tra 4 e 6 euro
- Il cavo USB 3.0 per Telecamera machine vision costa tra 16 e 20 euro
- Il cavo GigE, 5GigE, 10GigE per Telecamera machine vision costa tra 8 e 10 euro
Quando la Telecamera machine vision è montata su una piattaforma mobile, è necessario un cavo highflex. Questo cavo highflex è in grado di piegarsi più volte al secondo, ogni giorno per molti anni. I cavi GigE Highflex sono i cavi highflex machine vision più economici. Partono da 50 euro.
È necessario un frame grabber per le telecamere machine vision USB 2.0, USB 3.0 e GigE?
Per le interfacce USB 2.0, USB 3.0, GigE e 5GigE, le Telecamere non necessitano di un Frame grabber. Solo per le interfacce machine vision come 10GigE, camera Link, Firewire B e Coaxpress, un framegrabber è obbligatorio. Tuttavia, va notato che il termine ‘frame grabber’ ha una definizione ampia ed è soggetto a interpretazione. Se un computer non dispone di un numero sufficiente di porte USB 3.0 o GigE, disponiamo di una scheda di interfaccia per aumentare il numero di porte di interfaccia USB 3.0 o GigE del computer. Questa scheda di interfaccia viene talvolta chiamata anche framegrabber. Tutte le schede di interfaccia / frame grabber che offriamo sono testate con le nostre Telecamere machine vision per poter funzionare alla piena bandwidth.
Qual è il prezzo di una Telecamera per machine vision?
Per quanto riguarda le cinque tipologie di interfacce per Telecamera machine vision che offriamo, la 10GigE è la più costosa e la USB2, la Telecamera visione più economica interfaccia. Tutte e cinque sono comunque più economiche rispetto a camera Link e alle Telecamere Coaxpress. Con il modello di prezzi competitivo, i modelli più economici sono tutti disponibili a meno di €100. Per mettere questo dato in prospettiva, un frame grabber machine vision per Coaxpress costa circa €500 e una semplice Telecamera Coaxpress circa €1000, per un totale di €1500. Questo le rende 10 volte più costose rispetto all’interfaccia per Telecamera machine vision USB 3.0. Pertanto, riteniamo che con le interfacce USB2, USB 3.0, GigE e 5GigE possiamo coprire la maggior parte delle applicazioni machine vision mainstream.
Qual è il carico della CPU della Telecamera machine vision?
Ogni interfaccia Telecamera machine vision utilizza la potenza della CPU per trasferire le immagini dall'interfaccia alla memoria del processore. La quantità di potenza della CPU richiesta è definita come carico della CPU. USB 3.0 ha un carico della CPU ‘basso’ sul controller host, mentre USB2 e GigE hanno un carico della CPU ‘medio’. USB 3.0 ha un carico della CPU basso perché utilizza un protocollo completamente diverso rispetto a USB2 e GigE e questo protocollo richiede meno risorse. Le interfacce Telecamera machine vision USB 3.0, GigE, 5GigE e 10GigE utilizzano un'interfaccia dati Unicast Dual-Simplex, che consente il trasferimento dei dati in entrambe le direzioni. Funziona tramite una procedura diretta dall'host che invia pacchetti di instradamento e notifiche in modo esplicito e allocronico.
Questo consente alla Telecamera machine vision di inviare un messaggio al controller host quando è pronta per la trasmissione dei dati. Questo nuovo meccanismo riduce il carico di sistema e della CPU rispetto al meccanismo di polling di USB2.0. Per chiarire, l'interfaccia Telecamera machine vision USB2.0 utilizza un trasferimento dati unidirezionale, che comporta l'accumulo di più dati (pacchetti immagine) sulla scheda di interfaccia e un maggiore lavoro per la CPU. Anche una Telecamera machine vision 5GigE utilizza un carico extra della CPU. La Telecamera 5GigE invia immagini con compressione senza perdita di dati tramite l'interfaccia ethernet da 1000mbit al computer. Il computer deve decomprimere le immagini, causando un carico extra sulla CPU.
In sintesi, USB 3.0 ha di gran lunga il minor utilizzo della CPU, GigE e 10GigE hanno un utilizzo della CPU leggermente superiore rispetto a USB 3.0. 5GigE e USB2 hanno il maggiore utilizzo della CPU.
Accettazione da parte dei consumatori e ciclo di vita del prodotto delle interfacce di machine vision
Per offrirti una panoramica ancora più chiara del ciclo di vita del prodotto rispetto alla tabella sopra, abbiamo anche realizzato il grafico a destra. Esso mostra la fase del ciclo di vita del prodotto in cui si trova ciascuna interfaccia machine vision.
Introduzione
Le prime due interfacce machine vision, che sono ancora nella fase di introduzione (e sviluppo), sono i prodotti 10 GigE e N-BASE-T (5GigE). Entrambe le Telecamere machine vision sono adatte per imaging ad alta velocità utilizzando i cavi ethernet Cat6e commerciali che vengono utilizzati con le normali Telecamere GigE. 10 GigE Visione ha circa 10 volte la bandwidth di una Telecamera GigE Visione standard ma richiede una scheda di rete 10GigE.
Crescita
Una delle interfacce elencate nella fase di crescita è Coaxpress. Questa interfaccia è simile a 10 GigE e N-BASE-T in quanto adatta per imaging ad alta velocità. Lo svantaggio di questa interfaccia è che un framegrabber è obbligatorio e che sia i framegrabber che la Telecamera Coaxpress sono relativamente costosi.
Maturità
Nella fase di maturità si vedono due interfacce machine vision che VA Imaging vende, ovvero GigE e USB 3.0. Lo standard USB 3.0 Visione è stato fondato nel 2011 e lo standard GigE Visione nel 2006, entrambi fondati dalla Automated Imaging Association. Riteniamo che entrambe queste interfacce machine vision abbiano raggiunto il picco della loro maturità e che la domanda sia attualmente al massimo. Prevediamo che GigE rimarrà nella fase di maturità ancora per almeno 5 anni e USB 3.0 anche più a lungo.
Declino
Le ultime due interfacce machine vision, USB2 e camera Link, sono nella fase di declino. A causa di un'alternativa migliore (USB 3.0 invece di USB2 e Coaxpress invece di CameraLink) la domanda è e continuerà a diminuire nei prossimi anni. USB2 ha una bandwidth molto limitata e il protocollo non è così robusto, rendendolo adatto solo a una piccola gamma di applicazioni. Tuttavia, quando l'applicazione machine vision ha requisiti minimi, USB2 è la scelta migliore in termini di costi. camera Link ha una buona bandwidth, ma è un'opzione costosa rispetto a Coaxpress, USB 3.0 e in futuro 10 GigE e N-BASE-T in termini di bandwidth. Le Telecamere camera link machine vision sono anch'esse costose e hanno cavi costosi.
Più telecamere machine vision
Quando si installano più Telecamere machine vision su un unico host controller, è importante monitorare l'utilizzo della bandwidth. L'utilizzo di questa configurazione richiede solitamente una scheda di interfaccia con ingressi multipli. Tratteremo solo le configurazioni con più Telecamere machine vision per USB2, USB 3.0 e GigE.
Più Telecamere machine vision USB 3.0
A partire da USB 3.0, questa interfaccia machine vision offre un'eccellente compatibilità per un sistema con più Telecamere machine vision. È possibile utilizzare sia una rete a stella che una rete punto a punto per USB 3.0. Utilizzando una rete a stella, più Telecamere machine vision sono collegate a un unico hub USB 3.0. La bandwidth USB 3.0 verrà suddivisa tra le Telecamere machine vision USB 3.0 collegate. Questo perché tutte le singole Telecamere machine vision USB 3.0 consumano dalla stessa bandwidth dell'host collegato all'hub USB 3.0.
La seconda opzione, una rete punto a punto USB 3.0, prevede il collegamento diretto di ciascuna Telecamera machine vision USB 3.0 al controller host USB 3.0. La scheda di interfaccia USB 3.0 può avere fino a quattro ingressi controller host USB 3.0, consentendo di collegare quattro Telecamere machine vision USB 3.0 a una sola scheda di interfaccia. Ogni Telecamera machine vision USB 3.0 può ora utilizzare tutta la bandwidth del protocollo USB 3.0.
Più Telecamere machine vision GigE
Le Telecamere machine vision GigE, 5GigE e 10GigE sono anch'esse una buona opzione per un sistema con più Telecamere machine vision. Grazie all'elevata flessibilità e al cablaggio economico, sono ideali per il monitoraggio di nastri trasportatori e per l'analisi sportiva e del movimento con più Telecamere machine vision. Il principio è lo stesso delle Telecamere USB 3.0. È possibile realizzare sia una rete a stella utilizzando uno switch ethernet, sia una rete punto a punto utilizzando una scheda di interfaccia con ingressi GigE multipli.
Più Telecamere machine vision USB2.0
L'ultima interfaccia che offriamo, USB2.0, è la meno adatta per configurazioni con più Telecamere machine vision. Questo non significa che non sia possibile collegare e utilizzare più Telecamere machine vision USB2.0, ma che le prestazioni saranno le peggiori tra le tre opzioni. Anche in questo caso, sono possibili entrambe le opzioni di rete (a stella e punto a punto), proprio come per USB 3.0.
Come scegliere un'interfaccia per Telecamera machine vision?
Quando si seleziona un'interfaccia per una Telecamera machine vision, forniamo le seguenti linee guida:
- L'interfaccia Telecamera machine vision USB2.0 è la più economica e la più semplice da utilizzare tra tutte e 3 le opzioni. Tuttavia, bandwidth e lunghezza del cavo sono limitate. Le Telecamere machine vision USB2.0 sono ideali per applicazioni che richiedono un massimo di 1,3MP a 30fps o 5MP a 7fps, con una lunghezza del cavo che non supera i 5 metri.
- L'interfaccia Telecamera machine vision USB 3.0 è una delle interfacce più veloci che offriamo come supporto e utilizza la minore quantità di potenza del processore del computer. Pertanto, è ideale per imaging ad alta risoluzione e ad alta velocità. La lunghezza del cavo, invece, è limitata a 4,5 metri.
- L'interfaccia Telecamera GigE Visione è spesso utilizzata in applicazioni machine vision che richiedono lunghezze di cavo maggiori (tra 5 e 100 metri). Bandwidth è nella media (tra USB2.0 e USB 3.0). Questo la rende ideale per la maggior parte delle applicazioni machine vision. Sia Telecamere Visione da 20MP con bassi frame rate sia Telecamere Visione a bassa risoluzione con alti frame rate sono disponibili con l'interfaccia GigE.
- L'interfaccia 5GigE Visione è una nuova interfaccia machine vision con le stesse prestazioni di USB 3.0. I vantaggi rispetto a USB 3.0 sono le lunghezze di cavo maggiori (fino a 100 m) e l'utilizzo di economici cavi di rete Cat6e. Tuttavia, questa interfaccia Telecamera machine vision utilizza più potenza della CPU rispetto a USB 3.0.
- L'interfaccia Telecamera 10GigE Visione offre una larghezza di banda molto elevata, rendendola ideale per Telecamere ad altissima risoluzione a frame rate elevati. I cavi sono economici e sono possibili lunghezze di cavo elevate. Questa interfaccia Telecamera machine vision richiede un framegrabber 10GigE. I costi totali per questa interfaccia Telecamera machine vision sono superiori rispetto a GigE, 5GigE e USB3.
