Machine vision camera Interface whitepaper
Dit artikel biedt een dieper inzicht in de voordelen en nadelen van elk type machine vision camera interface, zodat je de juiste interface voor jouw machine vision application kunt selecteren. Het moet worden opgemerkt dat VA Imaging alleen
USB 2.0,
USB 3.0,
GigE,
5GigE en 10GigE machine vision camera's levert en het artikel zal zich voornamelijk richten op deze vijf industriële machine vision interfaces. In de onderstaande tabel hebben we echter ook andere interfaces opgenomen om het overzicht van industriële machine vision camera interfaces compleet te maken.
|
USB2 |
USB3 |
FireWire |
Karbonade |
CameraLink |
Coaxpers |
5GigE |
10GigE |
Bandwidth (Megabyte/s) |
40 |
400 |
80 |
100 |
Basis = 250 Gemiddeld = 500 Vol = 750 |
1 rijstrook = 750 2 rijstroken = 1500 3 rijstroken = 2250 4 rijstroken = 3000 |
500 |
1000 |
5MP camera Maximale framerate |
8 fps |
80 fps |
16 fps |
25 fps |
150 fps |
600 fps |
100 fps |
200 fps |
Kabellengte (maximaal) |
5m |
4.6m |
10m |
100m |
7m |
100m |
100m |
100m |
Vermogen + data op één kabel |
Ja |
Ja |
Ja |
Alleen als PoE |
PoCL |
Ja |
Alleen als PoE |
Alleen als PoE |
Framegrabber verplicht |
Nee |
Nee |
Ja |
Nee |
Ja |
Ja |
Nee |
Ja |
Kabelkosten |
Laag |
Laag |
Medium |
Laag |
Hoog |
Laag |
Laag |
Laag |
Camera |
Zeer laag |
Laag |
Laag |
Laag |
Hoog |
Hoog |
Medium |
Hoog |
CPU-gebruik |
Medium |
Laag |
Laag |
Medium |
Laag |
Laag |
Medium |
Medium |
Klant aanvaarding |
Afnemend |
Goed |
Einde van het leven |
Goed |
Afnemend |
Groeiend |
Groeiend |
Groeiend |
Meervoudig camera's |
Eerlijk |
Uitstekend |
Uitstekend |
Goed |
Eerlijk |
Uitstekend |
Uitstekend |
Uitstekend |
Wat is de bandwidth van een machine vision camera interface?
Het eerste onderwerp dat we zullen bespreken is bandwidth van een machine vision camera
interface. Simpel gezegd is bandwidth een manier om de hoeveelheid gegevens te meten die tussen computers kan worden verzonden gedurende een specifieke periode. In termen van machine vision betreft dit de hoeveelheid afbeeldingsgegevens die van de machine vision camera naar een hostcontroller kan worden verzonden.
Bandwidth wordt gemeten in megabytes per seconde, wat betekent dat een USB2.0 machine vision camera afbeeldingsgegevens kan verzenden die gelijk zijn aan 40 megabyte per seconde.
Dit betekent ook dat een USB 3.0 machine vision camera
interface (indien gebruikt op volle capaciteit) beeldgegevens kan verzenden die gelijk zijn aan 400 megabyte per seconde, wat ongeveer 10 keer meer is dan de USB 2.0 machine vision camera interface. Bij het verzenden van grote hoeveelheden gegevens (grote bandwidth gebruik), kost het de computer ook meer tijd om deze gegevens te verwerken. Als gevolg hiervan duurt het langer voor de computer om een afbeelding te reconstrueren. Een grote bandwidth maakt echter de gegevensoverdracht sneller, waardoor de hostcontroller eerder en sneller kan beginnen met het berekenen en reconstrueren van afbeeldingen. Dit is vaak vereist in machine vision applicaties.
Prestatiefactor voor machine vision camera interface bandwidth
De maximale
bandwidth van uw machine vision camera interface is slechts een van de weinige factoren die de uiteindelijke gegevensdoorvoer beïnvloeden, wat resulteert in minder beelden per seconde. Latentie, jitter en pakketverlies kunnen uw gegevensdoorvoer verminderen, maar ook de kwaliteit van uw kabel kan minder bandwidth beschikbaar maken. We raden aan onze gidsen over USB 3.0 of GigE machine vision camera's te lezen, waar we deze problemen behandelen.
Het is zeer afhankelijk van de machine vision-toepassing en de beperkingen van uw systeem welke bandbreedte nodig is. In het algemeen kunt u zeggen dat als u een 2Megapixel-camera heeft, elk beeld 2 Megabyte is. Als uw vereiste 10 beelden per seconde specificeert, is de benodigde bandbreedte 2x10=20 megabyte per seconde. Elke machine vision camera-interface kan deze bandbreedte dekken. Echter, als de vereiste 100 beelden per seconde is, heeft u 2x100=200 megabyte per seconde bandwidth nodig en alleen cameralink, coaxpress, USB 3.0, 5GigE en 10GigE machine vision camera
interface blijft over.
Wat is de maximale kabellengte voor een machine vision camera interface?
Het tweede discussiepunt is de maximale kabellengte van de machine vision camera interface. Deze maximale kabellengtes geven aan welke kabellengte je nog steeds in staat stelt om te werken met de maximale hoeveelheid bandwidth. Er zijn bijvoorbeeld USB 3.0-kabels die tot 25 meter gaan, maar dit aantal overschrijdt ver de 4,6 meter machine vision USB 3.0-kabels, wat resulteert in een groot deel van de bandwidth dat verloren gaat. De bekabeling varieert afhankelijk van de mate van flexibiliteit die je wenst en beïnvloedt ook hoeveel
bandwidth je wilt overdragen. Typische prijzen voor bekabeling zijn:
- USB2-kabel voor machine vision camera kost tussen de 4 en 6 euro
- USB 3.0-kabel voor machine vision camera kost tussen de 16 en 20 euro
- GigE, 5GigE, 10GigE kabel voor machine vision camera kosten tussen de 8 en 10 euro
Wanneer de machine vision camera op een bewegend platform is gemonteerd, is een highflex-kabel vereist. Deze highflex-kabel kan meerdere keren per seconde buigen, elke dag gedurende vele jaren. GigE Highflex-kabels zijn de goedkoopste machine vision highflex-kabels. Ze beginnen bij 50 euro.
Is een frame grabber vereist voor USB 2.0, USB 3.0 en GigE machine vision camera's?
Voor de interfaces USB 2.0, USB 3.0, GigE en 5GigE hebben de camera's geen
Frame grabber nodig. Alleen voor de machine vision interfaces zoals 10GigE, camera Link, Firewire B en Coaxpress is een framegrabber verplicht. Het moet echter worden opgemerkt dat 'frame grabber' een brede definitie heeft en onderhevig is aan interpretatie. Als een computer niet genoeg USB 3.0 of GigE poorten heeft, hebben we een interfacekaart om het aantal USB 3.0 of GigE interfacepoorten van de computer uit te breiden. Deze interfacekaart wordt soms ook wel een framegrabber genoemd. Alle interfacekaarten / framegrabbers die wij aanbieden zijn getest met onze machine vision camera's om te kunnen draaien op volledige
bandwidth.
Wat is de prijs voor een machine vision camera?
Wat betreft de vijf soorten machine vision camera interfaces die we aanbieden, is 10GigE de duurste en USB2 de goedkoopste machine vision camera
interface. Alle vijf zijn nog steeds goedkoper dan camera Link en Coaxpress camera's. Met het concurrerende prijsmodel zijn de goedkoopste modellen allemaal beschikbaar voor minder dan €100. Om dit in perspectief te plaatsen: een machine vision frame grabber voor coaxpress kost ongeveer €500 en een eenvoudige coaxpress camera kost ongeveer €1000, bij elkaar opgeteld is dit €1500. Dit maakt het 10x duurder dan de USB 3.0 machine vision camera interface. Daarom geloven we dat we met de USB2, USB 3.0, GigE en 5GigE interface de meeste gangbare machine vision applicaties kunnen dekken.
Wat is de CPU-belasting van de machine vision camera?
Elke machine vision camera interface gebruikt CPU-kracht om de beelden van de
interface naar het geheugen van de processor over te dragen. De hoeveelheid CPU-kracht die nodig is, wordt gedefinieerd als CPU-belasting. USB 3.0 heeft een 'lage' CPU-belasting op de hostcontroller, terwijl USB2 en GigE een 'gemiddelde' CPU-belasting hebben. USB 3.0 heeft een lage CPU-belasting omdat het gebruikmaakt van een totaal ander protocol dan USB2 en GigE en dit protocol minder middelen vereist.
USB 3.0, GigE, 5GigE en 10GigE machine vision camera interface maakt gebruik van een Unicast Dual-Simplex gegevensinterface, deze interface staat de overdracht van gegevens in beide richtingen toe. Het werkt waar een host-gestuurde procedure routepakketten en meldingen expliciet op een allochrone manier verzendt. Dit stelt de machine vision camera in staat om een bericht naar de hostcontroller te sturen wanneer deze klaar is voor gegevensoverdracht. Dit nieuwere mechanisme vermindert de systeem- en CPU-belasting in vergelijking met het pollingmechanisme in USB2.0. Ter verduidelijking, de USB2.0 machine vision camera interface maakt gebruik van eenrichtingsgegevensoverdracht, wat resulteert in het stapelen van meer gegevens (afbeeldingspakketten) op de interfacekaart en het verzwaren van de werklast op de CPU.
Een 5GigE machine vision camera gebruikt ook extra CPU-belasting. De 5GigE camera verzendt beelden met verliesloze compressie via de 1000mbit ethernetinterface naar de computer. De computer moet de beelden decomprimeren, wat resulteert in extra CPU-belasting.
Samenvattend: USB 3.0 heeft veruit het laagste CPU-gebruik, GigE en 10GigE hebben iets meer CPU-gebruik dan USB 3.0. 5GigE en USB2 hebben het hoogste CPU-gebruik.
Consumentenacceptatie en Productlevenscyclus van machine vision interfaces
Om u een nog beter overzicht van de productlevenscyclus te geven dan in bovenstaande tabel, hebben we ook de onderstaande grafiek getekend. Deze toont de fase van de productlevenscyclus waarin elke machine vision interface zich bevindt.
Invoering
De eerste twee machine vision interfaces, die zich nog in de fase van introductie (en ontwikkeling) bevinden, zijn de 10 GigE en N-BASE-T (5GigE) producten. Beide machine vision camera's zijn geschikt voor hoge snelheid imaging met behulp van de commerciële Cat6e ethernetkabels die worden gebruikt met normale GigE camera's. 10 GigE Vision heeft ongeveer 10x de
bandwidth van standaard GigE Vision camera's maar vereist een 10GigE netwerkkaart.
Groei
Een van de interfaces die in de groeifase staat, is Coaxpress. Deze interface is vergelijkbaar met 10 GigE en N-BASE-T, omdat het geschikt is voor hoge snelheid imaging. Het nadeel van deze interface is dat een framegrabber verplicht is en dat zowel de framegrabbers als de coaxpress camera relatief duur zijn.
Volwassenheid
In de volwassenheidsfase zie je twee machine vision interfaces die VA Imaging verkoopt, namelijk GigE en USB 3.0. De USB 3.0 Vision standaard werd opgericht in 2011 en de GigE Vision standaard in 2006, beide opgericht door de Automated Imaging Association. We geloven dat beide machine vision interfaces de piek van hun volwassenheid hebben bereikt en de vraag op dit moment het hoogst is. We verwachten dat GigE nog minstens 5 jaar in de volwassenheidsfase zal blijven en USB 3.0 zelfs nog langer.
Afwijzen
De laatste twee machine vision interfaces, USB2 en camera Link, bevinden zich in de afnamefase. Vanwege betere alternatieven (USB 3.0 in plaats van USB2 en Coaxpress in plaats van cameralink) zal de vraag dalen en blijven dalen in de komende jaren. USB2 heeft een zeer beperkte bandwidth en het protocol is niet zo robuust, waardoor het alleen geschikt is voor een klein aantal applicaties. Echter, wanneer de machine vision application zeer minimale vereisten heeft, is USB2 de beste keuze qua kosten. camera Link heeft een goede bandwidth, maar het is een dure optie vergeleken met Coaxpress, USB 3.0 en in de toekomst 10 GigE en N-BASE-T qua bandwidth. Camera link machine vision camera's zijn ook duur en hebben kostbare kabels.
Meerdere machine vision camera's
Wanneer u meerdere machine vision camera's op één hostcontroller installeert, is het belangrijk om uw
bandwidth gebruik te monitoren. Het gebruik van deze soort setup vereist meestal een interfacekaart met meerdere ingangen. We zullen alleen meerdere machine vision camera setups voor USB2, USB 3.0 en GigE behandelen.
Meerdere USB 3.0 machine vision camera's
Te beginnen met USB 3.0, deze machine vision
interface heeft uitstekende compatibiliteit voor een meervoudig machine vision camera systeem. U kunt ofwel een sternetwerk of een point-to-point netwerk gebruiken voor USB 3.0. Bij het gebruik van een sternetwerk zijn meerdere machine vision camera's verbonden met een enkele USB 3.0 hub. De USB 3.0 bandwidth zal verdeeld worden over de aangesloten USB 3.0 machine vision camera's. Dit komt omdat alle individuele USB 3.0 machine vision camera's gebruikmaken van de enkele bandwidth van de host die is verbonden met de USB 3.0 hub.
De tweede optie, een USB 3.0 point-to-point netwerk, verbindt elke USB 3.0 machine vision camera rechtstreeks met de USB 3.0 hostcontroller. De USB 3.0 interfacekaart kan tot vier USB 3.0 hostcontroller-ingangen hebben, waardoor het mogelijk is om vier USB 3.0 machine vision camera's op één interfacekaart aan te sluiten. Elke USB 3.0 machine vision camera kan nu de volledige bandwidth van het USB 3.0 protocol gebruiken.
Meerdere GigE machine vision camera's
GigE, 5GigE en 10GigE machine vision camera's zijn ook een goede optie voor een meervoudig machine vision camera systeem. Met hoge flexibiliteit en goedkope bekabeling is het ideaal voor het monitoren van transportbanden en sport- & bewegingsanalyse met meerdere machine vision camera's. Het principe is hetzelfde als bij USB 3.0 camera's. Je kunt zowel een ster-netwerk gebruiken met een ethernet-switch of een punt-naar-punt netwerk met een interfacekaart met meerdere GigE-ingangen.
Meerdere USB2.0 machine vision camera's
De laatste interface die we aanbieden, USB2.0, is het minst geschikt voor meerdere machine vision camera opstellingen. Dit betekent niet dat je geen meerdere USB2.0 machine vision camera's kunt aansluiten en gebruiken, maar het betekent dat het de slechtste prestaties zal leveren van de drie. Nogmaals, beide netwerkmogelijkheden (ster en punt-naar-punt) zijn mogelijk, net als USB 3.0.
Hoe selecteer je een machine vision camera interface?
Bij het selecteren van een interface voor een machine vision camera bieden wij u de volgende richtlijnen:
- USB2.0 machine vision camera interface is de goedkoopste en gemakkelijkste om te gebruiken van alle 3 opties. Desondanks zijn de bandwidth en kabel lengte beperkt. USB2.0 machine vision camera's zijn ideaal voor applicaties die een maximum van 1,3MP bij 30fps of 5MP bij 7fps vereisen, met een kabellengte die niet meer dan 5 meter bedraagt.
- USB 3.0 machine vision camera interface is een van de snelste interfaces die we support, en het gebruikt de minste hoeveelheid computerprocessorvermogen. Daarom is het ideaal voor hoge resolutie en hoge snelheid imaging. De kabellengte daarentegen is beperkt tot 4,5 meter.
- GigE Vision camera interface wordt vaak gebruikt in machine vision applicaties, die langere kabels vereisen (tussen 5 en 100 meter). Bandwidth is gemiddeld (tussen USB2.0 en USB 3.0). Dit maakt het ideaal voor de meeste machine vision applicaties. Zowel 20MP vision camera's met lage framerates als laag-resolutie vision camera's met hoge framerates zijn beschikbaar met de GigE interface.
- 5GigE Vision interface is een nieuwe machine vision interface met dezelfde prestaties als USB 3.0. De voordelen ten opzichte van USB 3.0 zijn de lange kabels (tot 100m) en het gebruik van goedkope Cat6e netwerkkabels. Echter, deze machine vision camera interfaces gebruiken meer CPU-kracht dan USB 3.0.
- 10GigE Vision camera interface heeft een zeer hoge bandwidth, waardoor het ideaal is voor camera's met zeer hoge resoluties bij hoge framerates. De kabels zijn goedkoop en lange kabellengtes zijn mogelijk. Deze machine vision camera interface vereist een 10GigE framegrabber. De totale kosten voor deze machine machine vision camera interface zijn hoger dan GigE, 5GigE en USB3.
Vragen? Neem contact met ons op!