Hvilket Kameragrensesnitt passer best for ditt Vision-system?
Sammenlign fordelene og begrensningene ved ulike grensesnitt for maskinsynskameraer, og lær hvordan du velger riktig grensesnitt for vision-applikasjonen din.
Machine vision kameragrensesnitt-hvitbok
Denne artikkelen sammenligner de viktigste fordelene og begrensningene ved ulike kameragrensesnitt for å hjelpe deg med å velge det mest egnede alternativet for din vision-applikasjon.
VA Imaging leverer kameraer med USB2.0-, USB 3.0-, GigE-, 5GigE- og 10GigE--grensesnitt, så artikkelen fokuserer primært på disse fem alternativene. Sammenligningstabellen inkluderer også flere andre grensesnitt for industrielle kameraer for å gi en bredere oversikt over de tilgjengelige teknologiene.
Hva er båndbredden til et maskinsynskamera-grensesnitt?
Den første faktoren å vurdere ved sammenligning av kameragrensesnitt er båndbredde. Båndbredde beskriver hvor mye data som kan overføres innenfor en bestemt periode. I et visionsystem viser dette til mengden bildedata som kan overføres fra kameraet til vertskontrolleren.
Båndbredde uttrykkes vanligvis i megabyte per sekund (MB/s). USB 2.0 gir for eksempel vesentlig mindre tilgjengelig båndbredde enn USB 3.0. I praksis betyr dette at et grensesnitt med høyere båndbredde kan overføre større mengder bildedata på kortere tid.
Høyere båndbredde blir spesielt viktig ved arbeid med høye oppløsninger, høye bildefrekvenser eller andre applikasjoner som genererer store mengder bildedata. Den tilgjengelige båndbredden for grensesnittet spiller derfor en viktig rolle ved valg av en egnet tilkobling for et visionsystem.
Ytelsesfaktor for båndbredde for maskinsynskameragrensesnitt
Den maksimale båndbredden til et grensesnitt er bare én faktor som bestemmer den faktiske datagjennomstrømningen i et visionsystem. Latenstid, jitter, pakketap, kabelkvalitet, systemoverhead og prosesseringsytelse kan alle redusere den effektive gjennomstrømningen som er tilgjengelig i praksis.
Den nødvendige båndbredden avhenger av applikasjonen, inkludert faktorer som oppløsning, bildehastighet, bitdybde og pikselformat. En høyere oppløsning eller bildehastighet øker mengden bildedata som må overføres.
For eksempel krever et system som opererer med 10 bilder per sekund, betydelig mindre båndbredde enn samme oppsett som opererer med 100 bilder per sekund. Applikasjoner med høyere datakrav kan derfor kreve grensesnitt som USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link eller CoaXPress.
Når du sammenligner grensesnitt, bør du vurdere både den teoretiske båndbredden og den faktiske gjennomstrømningen som kan oppnås innenfor hele visionsystemet.
Hva er maksimal kabellengde for hvert kameragrensesnitt?
Den andre faktoren som må vurderes, er maksimal praktisk kabellengde for hvert kamera-grensesnitt. Kabellengden kan påvirke signalkvaliteten og datahastigheten som kan opprettholdes pålitelig, så den nødvendige avstanden mellom kameraet og vertssystemet bør vurderes ved valg av grensesnitt.
USB 3.0 kan for eksempel brukes over lengre avstander med spesifikke kabelløsninger, men lengre kabelstrekk kan kreve aktive eller spesialiserte kabler for å opprettholde pålitelig ytelse. GigE-baserte grensesnitt er generelt bedre egnet for lengre overføringsavstander.
Valg av kabel avhenger også av nødvendig fleksibilitet, installasjonsmiljø og forventet bevegelse. Typiske kabelpriser er omtrent:
- USB 2.0-kabel: €4–€6
- USB 3.0-kabel: €16–€20
- GigE-, 5GigE- eller 10GigE-kabel: €8–€10
Når kameraet er installert på et system i bevegelse, kan det være nødvendig med en høyfleksibel kabel. Disse kablene er konstruert for å tåle gjentatt bøying over lange driftsperioder. GigE høyfleksible kabler er ofte blant de mer kostnadseffektive alternativene, med priser fra omtrent €50.
Hvilke kameragrensesnitt krever en frame grabber?
USB 2.0-, USB 3.0-, GigE- og 5GigE-grensesnitt krever vanligvis ikke en frame grabber. Kameraet kan kobles direkte til et kompatibelt grensesnitt på vertsmaskinen.
Grensesnitt som Camera Link og CoaXPress krever imidlertid vanligvis dedikert innhentingsmaskinvare for å motta og behandle bildedata.
Begrepet frame grabber brukes noen ganger i en bredere betydning. Hvis en datamaskin for eksempel ikke har nok USB 3.0- eller GigE-porter, kan et ekstra grensesnittkort installeres for å øke antallet tilgjengelige tilkoblinger. Disse utvidelseskortene kan noen ganger omtales som frame grabbere, selv om funksjonen deres skiller seg fra en tradisjonell frame grabber som brukes med grensesnitt som Camera Link eller CoaXPress.
Grensesnittkortene vi tilbyr, er testet for kompatibilitet og pålitelig drift med støttede kamerasystemer ved de nødvendige datahastighetene.
Kamerapriser etter grensesnitt
Kameragrensesnittet kan ha en betydelig innvirkning på den totale systemkostnaden. Blant grensesnittalternativene som omtales i denne artikkelen, er USB 2.0 generelt det mest kostnadseffektive, mens grensesnitt med høyere ytelse, som 10GigE, vanligvis er dyrere.
Totalkostnaden bør også inkludere eventuell tilleggsmaskinvare som kreves for bildeopptak. Grensesnitt som Camera Link og CoaXPress krever vanligvis dedikert maskinvare for bildeopptak, noe som kan øke den totale systemprisen betydelig.
For mange vanlige vision-applikasjoner gir grensesnitt som USB 2.0, USB 3.0, GigE og 5GigE en praktisk balanse mellom ytelse, integrasjonskrav og kostnad. Grensesnitt med høyere båndbredde kan bli mer relevante når applikasjonen krever svært høye datahastigheter, oppløsninger eller bildefrekvenser.
CPU-belastning etter kameragrensesnitt
Kameragrensesnittet kan påvirke hvor mye prosessorkraft som kreves for å overføre bildedata til vertssystemet. Dette omtales vanligvis som CPU-belastning.
CPU-bruken avhenger ikke bare av selve grensesnittet, men også av faktorer som driveren, datahastigheten, krav til bildebehandling, nettverkskonfigurasjon og ytelsen til vertsdatamaskinen.
Generelt kan USB 3.0 gi relativt effektiv dataoverføring med lav belastning på vertssystemet. Ethernet-baserte grensesnitt som GigE, 5GigE og 10GigE kan kreve ytterligere behandling for nettverkskommunikasjon og pakkehåndtering, spesielt ved høyere datahastigheter.
USB 2.0 kan belaste vertssystemet mer ved overføring av store mengder bildedata, mens grensesnitt med høyere hastighet kan overføre mer data uten nødvendigvis å øke CPU-bruken proporsjonalt.
Noen implementeringer kan også bruke komprimering eller ytterligere behandling før eller etter overføring. I disse tilfellene kan dekomprimering eller andre behandlingstrinn øke CPU-bruken på vertsdatamaskinen.
Ved sammenligning av grensesnitt bør CPU-belastningen derfor vurderes sammen med båndbredde, bildehastighet, oppløsning, driverstøtte og behandlingskapasiteten til hele visionsystemet, fremfor som en fast egenskap ved grensesnittet alene.
Bruk av kameragrensesnitt og produktlivssyklus
For en tydeligere oversikt over produktets livssyklus viser grafen det nåværende modenhetsstadiet for hvert kameragrensesnitt som dekkes i denne artikkelen. Den gir en visuell sammenligning av hvor etablerte de ulike grensesnittteknologiene er i markedet.
Introduksjon
Blant de nyere grensesnittteknologiene i denne sammenligningen er 10GigE og 5GigE (NBASE-T). Begge er utviklet for applikasjoner som krever høyere datahastigheter og kan bruke Ethernet-baserte kabler. Sammenlignet med standard GigE gir disse grensesnittene betydelig mer båndbredde, selv om vertssystemet også må støtte den nødvendige nettverkstilkoblingen.
Vekst
CoaXPress brukes ofte i høyytelses applikasjoner for bildebehandling der det kreves svært høye datahastigheter. En viktig vurdering er at det vanligvis krever dedikert bildeanskaffelsesmaskinvare, noe som øker den totale systemkostnaden sammenlignet med grensesnitt som kobles direkte til vertsmaskinen.
Modenhet
GigE og USB 3.0 er etablerte grensesnitt med bred utbredelse i industrielle vision-systemer. Begge har vært brukt i mange år og støttes av et bredt utvalg av kameraer, programvare og systemkomponenter.
Den fortsatte bruken drives i stor grad av en kombinasjon av ytelse, tilgjengelighet, kompatibilitet og integrasjonsfleksibilitet.
Nedgang
Eldre grensesnitt som USB 2.0 og Camera Link erstattes i økende grad i nye systemdesign av nyere alternativer som tilbyr høyere båndbredde eller enklere integrasjon.
USB 2.0 er fortsatt egnet for applikasjoner med relativt lave datakrav, der kostnad er en viktig faktor. Camera Link kan fortsatt gi høy ytelse, men krever vanligvis dedikert bildeanskaffelsesmaskinvare og spesialiserte kabler, noe som kan gjøre alternative grensesnitt mer attraktive for mange nye installasjoner.
Det mest egnede grensesnittet avhenger til syvende og sist av nødvendig båndbredde, kabellengde, systemarkitektur, kostnad og langsiktig tilgjengelighet.
Bruke flere kameraer i ett Vision-system
Når flere kameraer kobles til én enkelt vertscontroller, er det viktig å ta hensyn til den totale tilgjengelige båndbredden og hvordan den deles mellom de tilkoblede enhetene.
Avhengig av systemkonfigurasjonen kan det være nødvendig med et ekstra grensesnittkort med flere porter. I denne delen fokuserer vi på oppsett med flere kameraer som bruker USB 2.0-, USB 3.0- og GigE-grensesnitt.
Flere kameraer med USB 3.0
USB 3.0 kan brukes effektivt i systemer med flere kameraer. Kameraer kan kobles til via en delt USB 3.0-hub eller direkte til separate vertscontrollerporter.
Med en delt hub deles den tilgjengelige båndbredden mellom de tilkoblede kameraene fordi de bruker samme oppstrømsforbindelse til verten.
Med en punkt-til-punkt-konfigurasjon kobles hvert kamera direkte til en dedikert USB 3.0-vertscontrollerport. Dette kan gi mer båndbredde per kamera, avhengig av grensesnittkortet og verts-systemarkitekturen.
Flere kameraer med GigE
GigE, 5GigE og 10GigE er også egnet for systemer med flere kameraer, spesielt der fleksibel kabling og lengre overføringsavstander er viktig.
Flere kameraer kan kobles til via en Ethernet-svitsj eller direkte til separate nettverksgrensesnittporter. Den tilgjengelige båndbredden avhenger av nettverkstopologien, grensesnitthastigheten og hvordan trafikken fordeles i systemet.
Flere kameraer med USB 2.0
USB 2.0 kan støtte flere kameraer, men den lavere tilgjengelige båndbredden gjør det mindre egnet for krevende applikasjoner med flere kameraer.
Som med USB 3.0 kan kameraer kobles til via en delt hub eller direkte til separate vertscontrollerporter. For applikasjoner med høyere oppløsninger eller bildefrekvenser er et grensesnitt med høyere båndbredde generelt mer egnet.
Slik velger du riktig kameragrensesnitt
Når du velger et kameragrensesnitt, bør du vurdere nødvendig båndbredde, kabellengde, bildehastighet, oppløsning, systemarkitektur og total kostnad.
- USB 2.0: Et kostnadseffektivt alternativ for applikasjoner med relativt lave krav til båndbredde. De viktigste begrensningene er lavere datahastigheter og kortere praktiske kabellengder sammenlignet med nyere grensesnitt.
- USB 3.0: Gir høy båndbredde og effektiv dataoverføring, noe som gjør det egnet for applikasjoner med høyere oppløsninger eller bildefrekvenser. Standard passive kabellengder er relativt begrensede, selv om spesialiserte kabler kan utvide tilkoblingsavstanden.
- GigE: Velegnet for applikasjoner som krever lengre kabellengder. Det gir en praktisk balanse mellom båndbredde, installasjonsfleksibilitet og kostnad, noe som gjør det egnet for et bredt spekter av vision-systemer.
- 5GigE: Gir betydelig mer båndbredde enn standard GigE, samtidig som fordelene med Ethernet-baserte kabler og lengre overføringsavstander beholdes. Vertssystemet må støtte nødvendig nettverkshastighet for å kunne utnytte den tilgjengelige båndbredden.
- 10GigE: Utviklet for applikasjoner med svært høye datakrav, for eksempel høyoppløselig bildebehandling ved høyere bildefrekvenser. Det tilbyr betydelig mer båndbredde enn standard GigE, men krever vanligvis kompatibel 10GigE-nettverksmaskinvare, noe som kan øke den totale systemkostnaden.
Det beste grensesnittet avhenger til syvende og sist av de komplette systemkravene, ikke bare av båndbredde. Kabellengde, antall kameraer, vertskompatibilitet, behandlingskrav og fremtidig skalerbarhet bør alle vurderes før du tar et endelig valg.