Który interfejs kamery jest odpowiedni dla Twojego systemu Vision?
Porównaj zalety i ograniczenia różnych interfejsów kamer wizyjnych oraz dowiedz się, jak wybrać odpowiedni interfejs do swojego zastosowania vision.
Dokument techniczny dotyczący interfejsu kamery do widzenia maszynowego
W tym artykule porównano główne zalety i ograniczenia różnych interfejsów kamer, aby pomóc w wyborze najbardziej odpowiedniej opcji dla danego zastosowania vision.
VA Imaging oferuje kamery z interfejsami USB2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE i 10GigE, dlatego artykuł koncentruje się przede wszystkim na tych pięciu opcjach. Tabela porównawcza obejmuje również kilka innych interfejsów kamer przemysłowych, aby zapewnić szerszy przegląd dostępnych technologii.
Jaka jest przepustowość interfejsu kamery wizyjnej?
Pierwszym czynnikiem, który należy uwzględnić przy porównywaniu interfejsów kamer, jest przepustowość. Przepustowość opisuje, ile danych można przesłać w określonym czasie. W systemie wizyjnym odnosi się to do ilości danych obrazu, które można przesłać z kamery do kontrolera hosta.
Przepustowość jest zwykle wyrażana w megabajtach na sekundę (MB/s). Na przykład USB 2.0 zapewnia znacznie mniejszą dostępną przepustowość niż USB 3.0. W praktyce oznacza to, że interfejs o większej przepustowości może przesyłać większe ilości danych obrazu w krótszym czasie.
Większa przepustowość staje się szczególnie istotna podczas pracy z wysokimi rozdzielczościami, dużą liczbą klatek na sekundę lub innymi zastosowaniami generującymi duże ilości danych obrazu. Dostępna przepustowość interfejsu odgrywa zatem ważną rolę przy wyborze odpowiedniego połączenia dla systemu wizyjnego.
Współczynnik wydajności dla przepustowości interfejsu kamery wizyjnej
Maksymalna przepustowość interfejsu jest tylko jednym z czynników określających rzeczywistą przepustowość danych systemu wizyjnego. Opóźnienia, jitter, utrata pakietów, jakość kabli, narzut systemowy i wydajność przetwarzania mogą zmniejszać efektywną przepustowość dostępną w praktyce.
Wymagana przepustowość zależy od zastosowania, w tym od takich czynników jak rozdzielczość, liczba klatek na sekundę, głębia bitowa i format pikseli. Wyższa rozdzielczość lub liczba klatek na sekundę zwiększa ilość danych obrazu, które należy przesłać.
Na przykład system działający z szybkością 10 klatek na sekundę wymaga znacznie mniejszej przepustowości niż ta sama konfiguracja działająca z szybkością 100 klatek na sekundę. Zastosowania o większych wymaganiach dotyczących danych mogą zatem wymagać interfejsów takich jak USB 3.0, 5GigE, 10GigE, Camera Link lub CoaXPress.
Porównując interfejsy, należy uwzględnić zarówno teoretyczną przepustowość, jak i rzeczywistą przepustowość, którą można osiągnąć w ramach kompletnego systemu wizyjnego.
Jaka jest maksymalna długość kabla dla każdego interfejsu kamery?
Drugim czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest maksymalna praktyczna długość przewodu dla każdego interfejsu kamery. Długość przewodu może wpływać na jakość sygnału i szybkość transmisji danych, którą można niezawodnie utrzymać, dlatego przy wyborze interfejsu należy uwzględnić wymaganą odległość między kamerą a systemem hosta.
Na przykład USB 3.0 może być używany na większych odległościach z określonymi rozwiązaniami przewodowymi, ale dłuższe odcinki przewodów mogą wymagać aktywnego lub specjalistycznego okablowania w celu utrzymania niezawodnej wydajności. Interfejsy oparte na GigE są generalnie lepiej przystosowane do transmisji na większe odległości.
Wybór przewodu zależy również od wymaganej elastyczności, środowiska instalacji i przewidywanego ruchu. Typowe ceny przewodów wynoszą w przybliżeniu:
- przewód USB 2.0: €4–€6
- przewód USB 3.0: €16–€20
- przewód GigE, 5GigE lub 10GigE: €8–€10
Gdy kamera jest zainstalowana w systemie ruchomym, może być wymagany przewód high-flex. Przewody te są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać wielokrotne zginanie przez długi okres eksploatacji. Przewody GigE high-flex często należą do bardziej opłacalnych opcji, a ich ceny zaczynają się od około €50.
Które interfejsy kamer wymagają frame grabbera?
Interfejsy USB 2.0, USB 3.0, GigE i 5GigE zasadniczo nie wymagają frame grabbera. Kamera może łączyć się bezpośrednio z kompatybilnym interfejsem w komputerze hosta.
Interfejsy takie jak Camera Link i CoaXPress zazwyczaj wymagają jednak dedykowanego sprzętu do akwizycji w celu odbioru i przetwarzania danych obrazu.
Termin frame grabber jest czasami używany w szerszym znaczeniu. Na przykład, jeśli komputer nie ma wystarczającej liczby portów USB 3.0 lub GigE, można zainstalować dodatkową kartę interfejsu, aby zwiększyć liczbę dostępnych połączeń. Te karty rozszerzeń mogą być czasami określane jako frame grabbery, chociaż ich funkcja różni się od tradycyjnego frame grabbera używanego z interfejsami takimi jak Camera Link lub CoaXPress.
Oferowane przez nas karty interfejsu są testowane pod kątem kompatybilności i niezawodnej pracy z obsługiwanymi systemami kamer przy wymaganych szybkościach transmisji danych.
Ceny kamer według interfejsu
Interfejs kamery może mieć istotny wpływ na całkowity koszt systemu. Spośród opcji interfejsów omówionych w tym artykule USB 2.0 jest zazwyczaj najbardziej opłacalny, podczas gdy interfejsy o wyższej wydajności, takie jak 10GigE, są zwykle droższe.
Całkowity koszt powinien również obejmować wszelki dodatkowy sprzęt wymagany do akwizycji obrazu. Interfejsy takie jak Camera Link i CoaXPress zazwyczaj wymagają dedykowanego sprzętu do akwizycji, co może znacznie zwiększyć całkowitą cenę systemu.
W przypadku wielu popularnych zastosowań vision interfejsy takie jak USB 2.0, USB 3.0, GigE i 5GigE zapewniają praktyczną równowagę między wydajnością, wymaganiami integracyjnymi i kosztem. Interfejsy o wyższej przepustowości mogą stać się bardziej istotne, gdy zastosowanie wymaga bardzo wysokich szybkości transmisji danych, rozdzielczości lub liczby klatek na sekundę.
Obciążenie CPU przez interfejs kamery
Interfejs kamery może wpływać na to, jaka moc obliczeniowa jest wymagana do przesyłania danych obrazu do systemu hosta. Jest to ogólnie określane jako obciążenie CPU.
Wykorzystanie CPU zależy nie tylko od samego interfejsu, lecz także od takich czynników jak sterownik, szybkość transmisji danych, wymagania dotyczące przetwarzania obrazu, konfiguracja sieci oraz wydajność komputera hosta.
Ogólnie rzecz biorąc, USB 3.0 może zapewniać stosunkowo wydajny transfer danych przy niskim narzucie systemu hosta. Interfejsy oparte na Ethernet, takie jak GigE, 5GigE i 10GigE, mogą wymagać dodatkowego przetwarzania na potrzeby komunikacji sieciowej i obsługi pakietów, zwłaszcza przy wyższych szybkościach transmisji danych.
USB 2.0 może bardziej obciążać system hosta podczas przesyłania dużych ilości danych obrazu, natomiast interfejsy o wyższej prędkości mogą przesyłać więcej danych bez koniecznego proporcjonalnego zwiększania wykorzystania CPU.
Niektóre implementacje mogą również wykorzystywać kompresję lub dodatkowe przetwarzanie przed transmisją lub po niej. W takich przypadkach dekompresja lub inne etapy przetwarzania mogą zwiększać wykorzystanie CPU na komputerze hoście.
Dlatego podczas porównywania interfejsów obciążenie CPU należy oceniać łącznie z przepustowością, liczbą klatek na sekundę, rozdzielczością, wsparciem sterowników oraz możliwościami przetwarzania kompletnego systemu wizyjnego, a nie jako stałą cechę samego interfejsu.
Zastosowanie interfejsów kamer i cykl życia produktu
Aby zapewnić bardziej przejrzysty przegląd cyklu życia produktu, wykres przedstawia aktualny etap dojrzałości każdego interfejsu kamery omówionego w tym artykule. Umożliwia wizualne porównanie stopnia ugruntowania różnych technologii interfejsów na rynku.
Wprowadzenie
Wśród nowszych technologii interfejsów w tym porównaniu znajdują się 10GigE i 5GigE (NBASE-T). Oba są przeznaczone do zastosowań wymagających wyższych szybkości transmisji danych i mogą wykorzystywać okablowanie oparte na Ethernet. W porównaniu ze standardowym GigE interfejsy te zapewniają znacznie większą przepustowość, chociaż system hosta musi również obsługiwać wymagane połączenie sieciowe.
Rozwój
CoaXPress jest powszechnie stosowany w wysokowydajnych zastosowaniach obrazowania, w których wymagane są bardzo wysokie szybkości transmisji danych. Kluczową kwestią jest to, że zazwyczaj wymaga dedykowanego sprzętu do akwizycji, co zwiększa całkowity koszt systemu w porównaniu z interfejsami podłączanymi bezpośrednio do komputera hosta.
Dojrzałość
GigE i USB 3.0 to sprawdzone interfejsy o szerokim zastosowaniu w przemysłowych systemach vision. Oba są używane od wielu lat i obsługiwane przez szeroką gamę kamer, oprogramowania i komponentów systemowych.
Ich dalsze stosowanie wynika w dużej mierze z połączenia wydajności, dostępności, kompatybilności i elastyczności integracji.
Spadek
Starsze interfejsy, takie jak USB 2.0 i Camera Link, są coraz częściej zastępowane w nowych projektach systemów przez nowsze alternatywy oferujące większą przepustowość lub łatwiejszą integrację.
USB 2.0 nadal nadaje się do zastosowań o stosunkowo niskich wymaganiach dotyczących danych, w których koszt jest istotnym czynnikiem. Camera Link może nadal zapewniać wysoką wydajność, ale zazwyczaj wymaga dedykowanego sprzętu do akwizycji i specjalistycznego okablowania, co może sprawiać, że alternatywne interfejsy są bardziej atrakcyjne w przypadku wielu nowych instalacji.
Najbardziej odpowiedni interfejs zależy ostatecznie od wymaganej przepustowości, długości kabla, architektury systemu, kosztu i długoterminowej dostępności.
Korzystanie z wielu kamer w jednym systemie Vision
Podczas podłączania wielu kamer do jednego kontrolera hosta należy uwzględnić całkowitą dostępną przepustowość oraz sposób jej współdzielenia między podłączonymi urządzeniami.
W zależności od konfiguracji systemu może być wymagana dodatkowa karta interfejsu z wieloma portami. W tej sekcji skupiamy się na konfiguracjach wielokamerowych wykorzystujących interfejsy USB 2.0, USB 3.0 i GigE.
Wiele kamer z USB 3.0
USB 3.0 może być skutecznie stosowane w systemach wielokamerowych. Kamery można podłączać za pośrednictwem wspólnego koncentratora USB 3.0 lub bezpośrednio do oddzielnych portów kontrolera hosta.
W przypadku wspólnego koncentratora dostępna przepustowość jest dzielona między podłączone kamery, ponieważ korzystają one z tego samego połączenia nadrzędnego z hostem.
W konfiguracji punkt-punkt każda kamera łączy się bezpośrednio z dedykowanym portem kontrolera hosta USB 3.0. Może to zapewnić większą przepustowość na kamerę, w zależności od karty interfejsu i architektury systemu hosta.
Wiele kamer z GigE
GigE, 5GigE i 10GigE również nadają się do systemów wielokamerowych, szczególnie tam, gdzie ważne są elastyczne okablowanie i większe odległości transmisji.
Wiele kamer można podłączyć za pośrednictwem przełącznika Ethernet lub bezpośrednio do oddzielnych portów interfejsu sieciowego. Dostępna przepustowość zależy od topologii sieci, szybkości interfejsu oraz sposobu rozłożenia ruchu w systemie.
Wiele kamer z USB 2.0
USB 2.0 może obsługiwać wiele kamer, ale jego niższa dostępna przepustowość sprawia, że jest mniej odpowiednie do wymagających zastosowań wielokamerowych.
Podobnie jak w przypadku USB 3.0, kamery można podłączać za pośrednictwem wspólnego koncentratora lub bezpośrednio do oddzielnych portów kontrolera hosta. W przypadku zastosowań o wyższych rozdzielczościach lub częstotliwościach klatek interfejs o większej przepustowości jest zazwyczaj bardziej odpowiedni.
Jak wybrać odpowiedni interfejs kamery
Przy wyborze interfejsu kamery należy uwzględnić wymaganą przepustowość, długość kabla, liczbę klatek na sekundę, rozdzielczość, architekturę systemu oraz całkowity koszt.
- USB 2.0: Ekonomiczne rozwiązanie do zastosowań o stosunkowo niskich wymaganiach dotyczących przepustowości. Jego główne ograniczenia to niższe szybkości transmisji danych i krótsze praktyczne długości kabli w porównaniu z nowszymi interfejsami.
- USB 3.0: Zapewnia wysoką przepustowość i efektywny transfer danych, dzięki czemu nadaje się do zastosowań o wyższych rozdzielczościach lub większej liczbie klatek na sekundę. Standardowe długości pasywnych kabli są stosunkowo ograniczone, chociaż specjalistyczne okablowanie może zwiększyć odległość połączenia.
- GigE: Doskonale nadaje się do zastosowań wymagających dłuższych kabli. Zapewnia praktyczną równowagę między przepustowością, elastycznością instalacji i kosztem, dzięki czemu jest odpowiedni dla szerokiego zakresu systemów vision.
- 5GigE: Zapewnia znacznie większą przepustowość niż standardowy GigE, zachowując jednocześnie zalety okablowania opartego na Ethernet i większe odległości transmisji. System hosta musi obsługiwać wymaganą prędkość sieciową, aby wykorzystać dostępną przepustowość.
- 10GigE: Zaprojektowany do zastosowań o bardzo wysokich wymaganiach dotyczących danych, takich jak obrazowanie wysokiej rozdzielczości przy większej liczbie klatek na sekundę. Oferuje znacznie większą przepustowość niż standardowy GigE, ale zazwyczaj wymaga zgodnego sprzętu sieciowego 10GigE, co może zwiększyć całkowity koszt systemu.
Najlepszy interfejs zależy ostatecznie od kompletnych wymagań systemowych, a nie tylko od przepustowości. Przed dokonaniem ostatecznego wyboru należy uwzględnić długość kabla, liczbę kamer, kompatybilność hosta, wymagania dotyczące przetwarzania oraz przyszłą skalowalność.