Welke Camera-interface is geschikt voor uw Vision-systeem?
Vergelijk de voordelen en beperkingen van verschillende machine vision-camera-interfaces en ontdek hoe u de juiste interface kiest voor uw vision Applicatie.
Whitepaper over de interface van een machine vision-camera
Dit artikel vergelijkt de belangrijkste voordelen en beperkingen van verschillende camera-interfaces om u te helpen de meest geschikte optie voor uw vision-applicatie te kiezen.
VA Imaging levert camera's met USB2.0-, USB 3.0-, GigE-, 5GigE- en 10GigE-interfaces, dus het artikel richt zich voornamelijk op deze vijf opties. De vergelijkingstabel bevat ook verschillende andere interfaces voor industriële camera's om een breder overzicht te bieden van de beschikbare technologieën.
Wat is de bandbreedte van een machine vision camera-interface?
De eerste factor om te overwegen bij het vergelijken van camera-interfaces is bandwidth. Bandwidth beschrijft hoeveel gegevens binnen een specifieke periode kunnen worden overgedragen. In een vision-systeem verwijst dit naar de hoeveelheid beeldgegevens die van de camera naar de hostcontroller kan worden overgedragen.
Bandwidth wordt doorgaans uitgedrukt in megabytes per seconde (MB/s). USB 2.0 biedt bijvoorbeeld aanzienlijk minder beschikbare bandwidth dan USB 3.0. In de praktijk betekent dit dat een interface met hogere bandwidth grotere hoeveelheden beeldgegevens in minder tijd kan overdragen.
Hogere bandwidth wordt vooral belangrijk bij het werken met hoge resoluties, hoge framerates of andere applicaties die grote hoeveelheden beeldgegevens genereren. De beschikbare interface-bandwidth speelt daarom een belangrijke rol bij het selecteren van een geschikte verbinding voor een vision-systeem.
Prestatiefactor voor de bandwidth van de machine vision-camera-interface
De maximale bandwidth van een interface is slechts één factor die de werkelijke datadoorvoer van een vision-systeem bepaalt. Latentie, jitter, pakketverlies, kabelkwaliteit, systeemoverhead en verwerkingsprestaties kunnen allemaal de effectieve doorvoer verminderen die in de praktijk beschikbaar is.
De vereiste bandwidth hangt af van de Applicatie, inclusief factoren zoals resolutie, frame rate, bitdiepte en pixelformaat. Een hogere resolutie of frame rate verhoogt de hoeveelheid beeldgegevens die moet worden overgedragen.
Een systeem dat bijvoorbeeld op 10 frames per seconde werkt, vereist aanzienlijk minder bandwidth dan dezelfde opstelling die op 100 frames per seconde werkt. Applicaties met hogere gegevensvereisten kunnen daarom interfaces zoals USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link of CoaXPress vereisen.
Houd bij het vergelijken van interfaces rekening met zowel de theoretische bandwidth als de werkelijke doorvoer die binnen het volledige vision-systeem kan worden bereikt.
Wat is de maximale kabellengte voor elke camera-interface?
De tweede factor om te overwegen is de maximale praktische kabellengte van elke camera-interface. De kabellengte kan de signaalkwaliteit en de datasnelheid die betrouwbaar kan worden gehandhaafd beïnvloeden. Daarom moet bij het selecteren van een interface rekening worden gehouden met de vereiste afstand tussen de camera en het hostsysteem.
USB 3.0 kan bijvoorbeeld over langere afstanden worden gebruikt met specifieke kabeloplossingen, maar langere kabeltrajecten kunnen actieve of gespecialiseerde bekabeling vereisen om betrouwbare prestaties te behouden. Op GigE gebaseerde interfaces zijn over het algemeen beter geschikt voor langere transmissieafstanden.
De kabelkeuze hangt ook af van de vereiste flexibiliteit, installatieomgeving en verwachte beweging. Typische kabelprijzen zijn ongeveer:
- USB 2.0-kabel: €4–€6
- USB 3.0-kabel: €16–€20
- GigE-, 5GigE- of 10GigE-kabel: €8–€10
Wanneer de camera op een bewegend systeem is geïnstalleerd, kan een high-flex-kabel vereist zijn. Deze kabels zijn ontworpen om gedurende lange gebruiksperioden herhaaldelijk buigen te weerstaan. GigE-high-flex-kabels behoren vaak tot de kosteneffectievere opties, met prijzen vanaf ongeveer €50.
Voor welke camera-interfaces is een frame grabber vereist?
USB 2.0-, USB 3.0-, GigE- en 5GigE-interfaces vereisen over het algemeen geen frame grabber. De camera kan rechtstreeks worden aangesloten op een compatibele interface op de hostcomputer.
Interfaces zoals Camera Link en CoaXPress vereisen daarentegen doorgaans speciale acquisitiehardware om de beeldgegevens te ontvangen en te verwerken.
De term frame grabber wordt soms breder gebruikt. Als een computer bijvoorbeeld niet over voldoende USB 3.0- of GigE-poorten beschikt, kan een extra interfacekaart worden geïnstalleerd om het aantal beschikbare aansluitingen te vergroten. Deze uitbreidingskaarten worden soms frame grabbers genoemd, hoewel hun functie verschilt van die van een traditionele frame grabber die wordt gebruikt met interfaces zoals Camera Link of CoaXPress.
De interfacekaarten die wij aanbieden, zijn getest op compatibiliteit en betrouwbare werking met ondersteunde camerasystemen bij de vereiste datasnelheden.
Cameraprijzen per interface
De camera-interface kan een aanzienlijke invloed hebben op de totale systeemkosten. Van de interfaceopties die in dit artikel worden behandeld, is USB 2.0 over het algemeen het meest kosteneffectief, terwijl interfaces met hogere prestaties, zoals 10GigE, doorgaans duurder zijn.
De totale kosten moeten ook eventuele aanvullende hardware omvatten die nodig is voor beeldacquisitie. Interfaces zoals Camera Link en CoaXPress vereisen doorgaans speciale acquisitiehardware, wat de totale systeemprijs aanzienlijk kan verhogen.
Voor veel gangbare vision applicaties bieden interfaces zoals USB 2.0, USB 3.0, GigE en 5GigE een praktische balans tussen prestaties, integratievereisten en kosten. Interfaces met een hogere bandbreedte kunnen relevanter worden wanneer de Applicatie zeer hoge datasnelheden, resoluties of framesnelheden vereist.
CPU-belasting per camera-interface
De camera-interface kan van invloed zijn op hoeveel verwerkingskracht nodig is om beeldgegevens naar het hostsysteem over te dragen. Dit wordt doorgaans CPU-belasting genoemd.
Het CPU-gebruik hangt niet alleen af van de interface zelf, maar ook van factoren zoals de driver, datasnelheid, vereisten voor beeldverwerking, netwerkconfiguratie en de prestaties van de hostcomputer.
Over het algemeen kan USB 3.0 een relatief efficiënte gegevensoverdracht bieden met geringe overhead voor het hostsysteem. Ethernet-gebaseerde interfaces zoals GigE, 5GigE en 10GigE kunnen extra verwerking vereisen voor netwerkcommunicatie en pakketverwerking, vooral bij hogere datasnelheden.
USB 2.0 kan het hostsysteem zwaarder belasten bij het overdragen van grote hoeveelheden beeldgegevens, terwijl interfaces met hogere snelheden meer gegevens kunnen overdragen zonder dat het CPU-gebruik noodzakelijkerwijs evenredig toeneemt.
Sommige implementaties kunnen ook compressie of aanvullende verwerking gebruiken vóór of na de overdracht. In deze gevallen kunnen decompressie of andere verwerkingsstappen het CPU-gebruik op de hostcomputer verhogen.
Bij het vergelijken van interfaces moet de CPU-belasting daarom worden beoordeeld samen met bandwidth, frame rate, resolutie, driver support en de verwerkingsmogelijkheden van het complete vision-systeem, in plaats van als een vast kenmerk van de interface alleen.
Acceptatie van camera-interfaces en productlevenscyclus
Voor een duidelijker overzicht van de levenscyclus van producten toont de grafiek de huidige volwassenheidsfase van elke camera-interface die in dit artikel wordt behandeld. Deze biedt een visuele vergelijking van hoe gevestigd de verschillende interfacetechnologieën op de markt zijn.
Inleiding
Tot de nieuwere interfacetechnologieën in deze vergelijking behoren 10GigE en 5GigE (NBASE-T). Beide zijn ontworpen voor applicaties die hogere datasnelheden vereisen en Ethernet-gebaseerde bekabeling kunnen gebruiken. Vergeleken met standaard GigE bieden deze interfaces aanzienlijk meer bandwidth, hoewel het hostsysteem ook de vereiste netwerkverbinding moet ondersteunen.
Groei
CoaXPress wordt vaak gebruikt in hoogwaardige imaging-applicaties waar zeer hoge datasnelheden vereist zijn. Een belangrijke overweging is dat hiervoor doorgaans speciale acquisitiehardware nodig is, wat de totale systeemkosten verhoogt in vergelijking met interfaces die rechtstreeks op de hostcomputer worden aangesloten.
Volwassenheid
GigE en USB 3.0 zijn gevestigde interfaces die breed worden toegepast in industriële vision-systemen. Beide worden al vele jaren gebruikt en worden ondersteund door een breed scala aan camera's, software en systeemcomponenten.
Het voortdurende gebruik ervan wordt grotendeels gedreven door een combinatie van prestaties, beschikbaarheid, compatibiliteit en integratieflexibiliteit.
Afnemende toepassing
Oudere interfaces zoals USB 2.0 en Camera Link worden in nieuwe systeemontwerpen steeds vaker vervangen door nieuwere alternatieven die hogere bandwidth of eenvoudigere integratie bieden.
USB 2.0 blijft geschikt voor applicaties met relatief lage datavereisten waarbij kosten een belangrijke factor zijn. Camera Link kan nog steeds sterke prestaties leveren, maar vereist doorgaans speciale acquisitiehardware en gespecialiseerde bekabeling, waardoor alternatieve interfaces voor veel nieuwe installaties aantrekkelijker kunnen zijn.
De meest geschikte interface hangt uiteindelijk af van de vereiste bandwidth, kabellengte, systeemarchitectuur, kosten en beschikbaarheid op lange termijn.
Meerdere camera's gebruiken in één Vision-systeem
Wanneer meerdere camera's op één hostcontroller worden aangesloten, is het belangrijk rekening te houden met de totale beschikbare bandwidth en hoe deze wordt verdeeld tussen de aangesloten apparaten.
Afhankelijk van de systeemconfiguratie kan een extra interfacekaart met meerdere poorten vereist zijn. In deze sectie richten we ons op multi-cameraopstellingen met USB 2.0-, USB 3.0- en GigE-interfaces.
Meerdere camera's met USB 3.0
USB 3.0 kan effectief worden gebruikt in systemen met meerdere camera's. Camera's kunnen worden aangesloten via een gedeelde USB 3.0-hub of rechtstreeks op afzonderlijke host-controllerpoorten.
Bij een gedeelde hub wordt de beschikbare bandwidth verdeeld over de aangesloten camera's, omdat deze dezelfde upstreamverbinding met de host gebruiken.
Bij een point-to-point-configuratie wordt elke camera rechtstreeks aangesloten op een speciale USB 3.0-host-controllerpoort. Dit kan meer bandwidth per camera bieden, afhankelijk van de interfacekaart en de architectuur van het hostsysteem.
Meerdere camera's met GigE
GigE, 5GigE en 10GigE zijn ook geschikt voor systemen met meerdere camera's, met name wanneer flexibele bekabeling en langere transmissieafstanden belangrijk zijn.
Meerdere camera's kunnen worden aangesloten via een Ethernet-switch of rechtstreeks op afzonderlijke netwerkinterfacepoorten. De beschikbare bandwidth is afhankelijk van de netwerktopologie, interfacesnelheid en de manier waarop het verkeer over het systeem wordt verdeeld.
Meerdere camera's met USB 2.0
USB 2.0 kan meerdere camera's ondersteunen, maar de lagere beschikbare bandwidth maakt het minder geschikt voor veeleisende applicaties met meerdere camera's.
Net als bij USB 3.0 kunnen camera's worden aangesloten via een gedeelde hub of rechtstreeks op afzonderlijke host-controllerpoorten. Voor applicaties met hogere resoluties of framerates is een interface met hogere bandwidth doorgaans geschikter.
Hoe kiest u de juiste Camera-interface
Houd bij het selecteren van een camera-interface rekening met de vereiste bandwidth, kabellengte, frame rate, resolutie, systeemarchitectuur en totale kosten.
- USB 2.0: Een kosteneffectieve optie voor applicaties met relatief lage bandwidthvereisten. De belangrijkste beperkingen zijn lagere datasnelheden en kortere praktische kabellengtes in vergelijking met nieuwere interfaces.
- USB 3.0: Biedt hoge bandwidth en efficiënte gegevensoverdracht, waardoor deze geschikt is voor applicaties met hogere resoluties of frame rates. Standaard passieve kabellengtes zijn relatief beperkt, hoewel gespecialiseerde bekabeling de verbindingsafstand kan vergroten.
- GigE: Zeer geschikt voor applicaties die langere kabellengtes vereisen. Het biedt een praktische balans tussen bandwidth, installatieflexibiliteit en kosten, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan visionsystemen.
- 5GigE: Biedt aanzienlijk meer bandwidth dan standaard GigE, terwijl de voordelen van op Ethernet gebaseerde bekabeling en langere transmissieafstanden behouden blijven. Het hostsysteem moet de vereiste netwerksnelheid ondersteunen om gebruik te kunnen maken van de beschikbare bandwidth.
- 10GigE: Ontworpen voor applicaties met zeer hoge gegevensvereisten, zoals high-resolution imaging bij hogere frame rates. Het biedt aanzienlijk meer bandwidth dan standaard GigE, maar vereist doorgaans compatibele 10GigE-netwerkhardware, wat de totale systeemkosten kan verhogen.
De beste interface hangt uiteindelijk af van de volledige systeemvereisten en niet alleen van bandwidth. Kabellengte, aantal camera's, hostcompatibiliteit, verwerkingsvereisten en toekomstige schaalbaarheid moeten allemaal in overweging worden genomen voordat een definitieve keuze wordt gemaakt.