Quale interfaccia per telecamera è adatta al vostro sistema di visione?
Confronta i vantaggi e i limiti delle diverse interfacce per telecamere per visione artificiale e scopri come scegliere l'interfaccia giusta per la tua applicazione di visione.
Whitepaper sull'interfaccia della Telecamera per Machine vision
Questo articolo confronta i principali vantaggi e limiti delle diverse interfacce per telecamere per aiutarvi a scegliere l'opzione più adatta per la vostra applicazione di visione.
VA Imaging fornisce telecamere con interfacce USB2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE e 10GigE, pertanto l'articolo si concentra principalmente su queste cinque opzioni. La tabella comparativa include anche diverse altre interfacce per telecamere industriali, per fornire una panoramica più ampia delle tecnologie disponibili.
Qual è la bandwidth di un'interfaccia Telecamera machine vision?
Il primo fattore da considerare quando si confrontano le interfacce delle Telecamera è la bandwidth. La bandwidth descrive la quantità di dati che può essere trasferita entro un determinato periodo. In un sistema di visione, ciò si riferisce alla quantità di dati immagine che può essere trasferita dalla Telecamera al controller host.
La bandwidth è comunemente espressa in megabyte al secondo (MB/s). Ad esempio, USB 2.0 offre una bandwidth disponibile notevolmente inferiore rispetto a USB 3.0. In pratica, ciò significa che un'interfaccia con bandwidth superiore può trasferire quantità maggiori di dati immagine in meno tempo.
Una bandwidth superiore diventa particolarmente importante quando si lavora con risoluzioni elevate, frame rate elevati o altre applicazioni che generano grandi quantità di dati immagine. La bandwidth disponibile dell'interfaccia svolge pertanto un ruolo importante nella selezione di una connessione adatta per un sistema di visione.
Fattore di prestazione per la bandwidth dell'interfaccia della telecamera per visione artificiale
La bandwidth massima di un'interfaccia è solo uno dei fattori che determinano il throughput dati effettivo di un sistema di visione. Latenza, jitter, perdita di pacchetti, qualità del cavo, overhead del sistema e prestazioni di elaborazione possono tutti ridurre il throughput effettivo disponibile nella pratica.
La bandwidth richiesta dipende dall'applicazione, inclusi fattori quali risoluzione, frame rate, profondità di bit e formato dei pixel. Una risoluzione o un frame rate più elevati aumentano la quantità di dati immagine da trasferire.
Ad esempio, un sistema che opera a 10 fotogrammi al secondo richiede una bandwidth significativamente inferiore rispetto alla stessa configurazione che opera a 100 fotogrammi al secondo. Le Applicazioni con requisiti di dati più elevati potrebbero pertanto richiedere interfacce quali USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link o CoaXPress.
Quando si confrontano le interfacce, considerare sia la bandwidth teorica sia il throughput effettivo ottenibile nell'ambito del sistema di visione completo.
Qual è la lunghezza massima del cavo per ciascuna interfaccia della Telecamera?
Il secondo fattore da considerare è la lunghezza massima pratica del cavo di ciascuna interfaccia della Telecamera. La lunghezza del cavo può influire sulla qualità del segnale e sulla velocità di trasmissione dati che può essere mantenuta in modo affidabile, pertanto è necessario considerare la distanza richiesta tra la Telecamera e il sistema host quando si seleziona un'interfaccia.
Ad esempio, USB 3.0 può essere utilizzato su distanze maggiori con soluzioni di cavi specifiche, ma tratte di cavo più lunghe possono richiedere cablaggi attivi o specializzati per mantenere prestazioni affidabili. Le interfacce basate su GigE sono generalmente più adatte a distanze di trasmissione maggiori.
La selezione del cavo dipende anche dalla flessibilità richiesta, dall'ambiente di installazione e dal movimento previsto. I prezzi tipici dei cavi sono approssimativamente:
- Cavo USB 2.0: €4–€6
- Cavo USB 3.0: €16–€20
- Cavo GigE, 5GigE o 10GigE: €8–€10
Quando la Telecamera è installata su un sistema in movimento, potrebbe essere necessario un cavo ad alta flessibilità. Questi cavi sono progettati per resistere a piegature ripetute per lunghi periodi di funzionamento. I cavi GigE ad alta flessibilità sono spesso tra le opzioni più convenienti, con prezzi a partire da circa €50.
Quali interfacce per telecamere richiedono un frame grabber?
Le interfacce USB 2.0, USB 3.0, GigE e 5GigE in genere non richiedono un frame grabber. La Telecamera può connettersi direttamente a un'interfaccia compatibile sul computer host.
Interfacce come Camera Link e CoaXPress, tuttavia, richiedono generalmente hardware di acquisizione dedicato per ricevere ed elaborare i dati immagine.
Il termine frame grabber viene talvolta utilizzato in senso più ampio. Ad esempio, se un computer non dispone di un numero sufficiente di porte USB 3.0 o GigE, è possibile installare una scheda di interfaccia aggiuntiva per aumentare il numero di connessioni disponibili. Queste schede di espansione possono talvolta essere definite frame grabber, sebbene la loro funzione differisca da quella di un frame grabber tradizionale utilizzato con interfacce come Camera Link o CoaXPress.
Le schede di interfaccia che offriamo sono testate per la compatibilità e il funzionamento affidabile con i sistemi di Telecamera supportati alle velocità dati richieste.
Prezzi delle telecamere per interfaccia
L'interfaccia della Telecamera può avere un impatto significativo sul costo totale del sistema. Tra le opzioni di interfaccia trattate in questo articolo, USB 2.0 è generalmente la soluzione più conveniente, mentre le interfacce con prestazioni più elevate, come 10GigE, tendono a essere più costose.
Il costo totale deve includere anche l'eventuale hardware aggiuntivo necessario per l'acquisizione delle immagini. Interfacce come Camera Link e CoaXPress richiedono in genere hardware di acquisizione dedicato, che può aumentare considerevolmente il prezzo complessivo del sistema.
Per molte applicazioni di visione comuni, interfacce come USB 2.0, USB 3.0, GigE e 5GigE offrono un equilibrio pratico tra prestazioni, requisiti di integrazione e costo. Le interfacce a maggiore larghezza di banda possono diventare più rilevanti quando l'applicazione richiede velocità di trasferimento dati, risoluzioni o frame rate molto elevati.
Carico della CPU per interfaccia della telecamera
L'interfaccia della Telecamera può influire sulla potenza di elaborazione necessaria per trasferire i dati immagine al sistema host. Questo viene generalmente definito carico della CPU.
L'utilizzo della CPU dipende non solo dall'interfaccia stessa, ma anche da fattori quali il driver, la velocità dei dati, i requisiti di elaborazione delle immagini, la configurazione di rete e le prestazioni del computer host.
In generale, USB 3.0 può offrire un trasferimento dati relativamente efficiente con un basso sovraccarico del sistema host. Le interfacce basate su Ethernet, come GigE, 5GigE e 10GigE, possono richiedere elaborazione aggiuntiva per la comunicazione di rete e la gestione dei pacchetti, soprattutto a velocità dei dati più elevate.
USB 2.0 può gravare maggiormente sul sistema host durante il trasferimento di grandi quantità di dati immagine, mentre le interfacce a velocità superiore possono trasferire più dati senza necessariamente aumentare proporzionalmente l'utilizzo della CPU.
Alcune implementazioni possono anche utilizzare la compressione o un'elaborazione aggiuntiva prima o dopo la trasmissione. In questi casi, la decompressione o altre fasi di elaborazione possono aumentare l'utilizzo della CPU sul computer host.
Nel confrontare le interfacce, il carico della CPU dovrebbe pertanto essere valutato insieme a bandwidth, frame rate, risoluzione, supporto del driver e capacità di elaborazione del sistema di visione completo, anziché come caratteristica fissa della sola interfaccia.
Adozione dell'interfaccia della telecamera e ciclo di vita del prodotto
Per una panoramica più chiara del ciclo di vita del prodotto, il grafico mostra l'attuale fase di maturità di ciascuna interfaccia per Telecamera trattata in questo articolo. Fornisce un confronto visivo del livello di consolidamento sul mercato delle diverse tecnologie di interfaccia.
Introduzione
Tra le tecnologie di interfaccia più recenti in questo confronto vi sono 10GigE e 5GigE (NBASE-T). Entrambe sono progettate per applicazioni che richiedono velocità di trasferimento dati più elevate e possono utilizzare cablaggi basati su Ethernet. Rispetto a GigE standard, queste interfacce offrono una bandwidth notevolmente maggiore, sebbene anche il sistema host debba supportare la connessione di rete richiesta.
Crescita
CoaXPress è comunemente utilizzato in applicazioni di imaging ad alte prestazioni in cui sono richieste velocità di trasferimento dati molto elevate. Un aspetto fondamentale da considerare è che in genere richiede hardware di acquisizione dedicato, aumentando il costo complessivo del sistema rispetto alle interfacce che si collegano direttamente al computer host.
Maturità
GigE e USB 3.0 sono interfacce consolidate e ampiamente adottate nei sistemi di visione industriale. Entrambe sono utilizzate da molti anni e sono supportate da un'ampia gamma di telecamere, software e componenti di sistema.
Il loro utilizzo continuativo è in gran parte determinato da una combinazione di prestazioni, disponibilità, compatibilità e flessibilità di integrazione.
Declino
Le interfacce meno recenti, come USB 2.0 e Camera Link, sono sempre più spesso sostituite nei nuovi progetti di sistema da alternative più recenti che offrono una bandwidth maggiore o un'integrazione più semplice.
USB 2.0 rimane adatto per applicazioni con requisiti di dati relativamente ridotti, dove il costo è un fattore importante. Camera Link può ancora offrire prestazioni elevate, ma in genere richiede hardware di acquisizione dedicato e cablaggi specializzati, il che può rendere le interfacce alternative più interessanti per molte nuove installazioni.
L'interfaccia più adatta dipende in ultima analisi dalla bandwidth richiesta, dalla lunghezza del cavo, dall'architettura del sistema, dal costo e dalla disponibilità a lungo termine.
Utilizzo di più telecamere in un unico sistema di Visione
Quando si collegano più telecamere a un singolo controller host, è importante considerare la bandwidth totale disponibile e il modo in cui viene condivisa tra i dispositivi collegati.
A seconda della configurazione del sistema, potrebbe essere necessaria una scheda di interfaccia aggiuntiva con più porte. In questa sezione, ci concentriamo sulle configurazioni multi-camera che utilizzano interfacce USB 2.0, USB 3.0 e GigE.
Telecamere multiple con USB 3.0
USB 3.0 può essere utilizzato efficacemente nei sistemi multi-camera. Le telecamere possono essere collegate tramite un hub USB 3.0 condiviso o direttamente a porte host-controller separate.
Con un hub condiviso, il bandwidth disponibile viene suddiviso tra le telecamere collegate poiché utilizzano la stessa connessione upstream verso l'host.
Con una configurazione punto-punto, ciascuna Telecamera si collega direttamente a una porta host-controller USB 3.0 dedicata. Ciò può fornire un bandwidth maggiore per Telecamera, a seconda della scheda di interfaccia e dell'architettura del sistema host.
Telecamere multiple con GigE
GigE, 5GigE e 10GigE sono adatti anche per sistemi multi-camera, in particolare quando sono importanti cablaggi flessibili e distanze di trasmissione maggiori.
Più telecamere possono essere collegate tramite uno switch Ethernet o direttamente a porte di interfaccia di rete separate. Il bandwidth disponibile dipende dalla topologia di rete, dalla velocità dell'interfaccia e dalla distribuzione del traffico nel sistema.
Telecamere multiple con USB 2.0
USB 2.0 può supportare più telecamere, ma il suo bandwidth disponibile inferiore lo rende meno adatto ad applicazioni multi-camera impegnative.
Come per USB 3.0, le telecamere possono essere collegate tramite un hub condiviso o direttamente a porte host-controller separate. Per applicazioni con risoluzioni o frequenze di fotogrammi più elevate, un'interfaccia con bandwidth maggiore è generalmente più adatta.
Come scegliere la giusta interfaccia per telecamera
Quando si seleziona un'interfaccia per Telecamera, considerare la bandwidth richiesta, la lunghezza del cavo, la frame rate, la risoluzione, l'architettura del sistema e il costo complessivo.
- USB 2.0: Un'opzione conveniente per applicazioni con requisiti di bandwidth relativamente bassi. Le principali limitazioni sono velocità di trasmissione dati inferiori e lunghezze pratiche dei cavi più corte rispetto alle interfacce più recenti.
- USB 3.0: Fornisce bandwidth elevata e un trasferimento dati efficiente, rendendola adatta ad applicazioni con risoluzioni o frame rate più elevate. Le lunghezze standard dei cavi passivi sono relativamente limitate, sebbene cablaggi specializzati possano estendere la distanza di connessione.
- GigE: Particolarmente adatta ad applicazioni che richiedono lunghezze dei cavi maggiori. Fornisce un equilibrio pratico tra bandwidth, flessibilità di installazione e costo, rendendola adatta a un'ampia gamma di sistemi di visione.
- 5GigE: Fornisce una bandwidth sostanzialmente maggiore rispetto a GigE standard, mantenendo al contempo i vantaggi del cablaggio basato su Ethernet e delle maggiori distanze di trasmissione. Il sistema host deve supportare la velocità di rete richiesta per sfruttare la bandwidth disponibile.
- 10GigE: Progettata per applicazioni con requisiti di dati molto elevati, come l'imaging ad alta risoluzione a frame rate più elevate. Offre una bandwidth significativamente maggiore rispetto a GigE standard, ma in genere richiede hardware di rete 10GigE compatibile, che può aumentare il costo complessivo del sistema.
L'interfaccia migliore dipende in ultima analisi dai requisiti completi del sistema, non solo dalla bandwidth. Prima di effettuare una selezione finale, è necessario considerare la lunghezza del cavo, il numero di Telecamere, la compatibilità dell'host, i requisiti di elaborazione e la scalabilità futura.