Dieser Artikel bietet einen tieferen Einblick in die Vor- und Nachteile jedes Typs von Kameraschnittstellen für die industrielle Bildverarbeitung, damit Sie die richtige Schnittstelle für Ihre Bildverarbeitungsanwendung auswählen können. Es ist zu beachten, dass GeT-Kameras nur USB 2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE and 10GigE Bildverarbeitungskameras liefern und sich der Artikel hauptsächlich auf diese fünf industriellen Bildverarbeitungsschnittstellen konzentriert. In der folgenden Tabelle haben wir jedoch auch andere Schnittstellen aufgenommen, um die Übersicht über die Schnittstellen der industriellen Bildverarbeitungskameras zu vervollständigen.
| USB2 | USB3 | FireWire | GigE | CameraLink | Coaxpress | 5GigE | 10GigE | |
| Bandwidth
(Megabyte/s) |
40 | 400 | 80 | 100 | Base = 250
Medium = 500 Full = 750 |
1 lane = 750
2 lanes = 1500 3 lanes = 2250 4 lanes = 3000 |
500 | 1000 |
| 5MP camera
Max framerate |
8fps | 80fps | 16fps | 25fps | 150fps | 600fps | 100fps | 200fps |
| Cable length
(maximum) |
5m | 4.6m | 10m | 100m | 7m | 100m | 100m | 100m |
| Power + data
on one cable |
Yes | Yes | Yes | Only if PoE | PoCL | Yes | Only if PoE | Only if PoE |
| Frame-grabber
mandatory |
No | No | Yes | No | Yes | Yes | No | Yes |
| Cable costs | Low | Low | Medium | Low | High | Low | Low | Low |
| Camera costs | Very low | Low | Low | Low | High | High | Medium | High |
| CPU usage | Medium | Low | Low | Medium | Low | Low | Medium | Medium |
| Customer
acceptance |
Declining | Good | End of Life | Good | Declining | Growing | Growing | Growing |
| Multiple
cameras |
Fair | Excellent | Excellent | Good | Fair | Excellent | Excellent | Excellent |
Der zweite Diskussionspunkt ist die maximale Kabellänge der Bildverarbeitungskamera-Schnittstelle. Diese maximalen Kabellängen geben an, mit welcher Kabellänge Sie noch mit der maximalen Bandbreite arbeiten können. Es gibt zum Beispiel USB 3.0-Kabel, die bis zu 25 Meter lang sind, aber diese Zahl übersteigt bei weitem 4,6 Meter USB 3.0-Kabel für die industrielle Bildverarbeitung, was zu einem großen Bandbreitenverlust führt. Die Verkabelung hängt vom gewünschten Flexibilitätsgrad ab und beeinflusst auch, wie viel Bandbreite Sie übertragen möchten. Typische Preise für Kabel sind:
Wenn die Bildverarbeitungskamera auf einer beweglichen Plattform montiert wird, ist ein hochflexibles Kabel erforderlich. Dieses Highflex-Kabel ist in der Lage, sich über viele Jahre hinweg täglich mehrmals pro Sekunde zu biegen. GigE Highflex-Kabel sind die günstigsten Highflex-Kabel für die industrielle Bildverarbeitung. Sie beginnen bei 50 Euro.
In Bezug auf die fünf Arten von Machine-Vision-Kamera-Schnittstelle. Schnittstellen, die wir anbieten, ist 10GigE die teuerste und USB2 die billigste Machine-Vision-Kamera-Schnittstelle. Alle fünf sind immer noch günstiger als Camera Link- und Coaxpress-Kameras. Mit dem wettbewerbsfähigen Preismodell sind die günstigsten Modelle alle unter 100 € erhältlich. Um dies ins rechte Licht zu rücken, kostet ein Bildverarbeitungs-Framegrabber für Koaxpressen etwa 500 € und eine einfache Koaxpress-Kamera etwa 1000 €, zusammengerechnet sind das 1500 €. Damit ist es 10x teurer als die USB 3.0-Kameraschnittstelle für Machine Vision. Daher glauben wir, dass wir mit der USB2-, USB 3.0-, GigE- und 5GigE-Schnittstelle die meisten gängigen Machine-Vision-Anwendungen abdecken können.
Jede Bildverarbeitungskamera-Schnittstelle verwendet CPU-Leistung, um die Bilder von dem "interface" in den Speicher des Prozessors zu übertragen. Die benötigte CPU-Leistung wird als CPU-Last definiert. USB 3.0 hat eine "niedrige" CPU-Last auf dem Host-Controller, während USB2 und GigE eine "mittlere" CPU-Last haben. USB 3.0 hat eine geringe CPU-Last, da es ein völlig anderes Protokoll verwendet als USB2 und GigE und dieses Protokoll weniger Ressourcen benötigt.
USB 3.0, GigE, 5GigE und 10GigE Machine Vision Kameraschnittstellen verwenden eine Unicast Dual-Simplex Daten-Interface, diese interface ermöglicht die Übertragung von Daten in beide Richtungen. Es funktioniert, wenn eine vom Host geleitete Prozedur "route packets" und Benachrichtigungen explizit auf allochrone Weise sendet. Dadurch kann die Bildverarbeitungskamera eine Nachricht an den Host-Controller senden, wenn sie zur Datenübertragung bereit ist. Dieser neuere Mechanismus reduziert die System- und CPU-Last im Vergleich zum Polling-Mechanismus in USB2.0. Zur Verdeutlichung verwendet die USB2.0-Kameraschnittstelle(Interface) für maschinelles Sehen eine unidirektionale Datenübertragung, was dazu führt, dass mehr Daten (Bildpakete) auf der Schnittstellenkarte(Interface) gestapelt werden und die CPU mehr beansprucht wird.
Eine 5GigE-Bildverarbeitungskamera verbraucht auch zusätzliche CPU-Last. Die 5GigE-Kamera sendet Bilder mit verlustfreier Komprimierung über die 1000-Mbit-Ethernet-Schnittstelle(Interface) an den Computer. Der Computer muss die Bilder dekomprimieren, was zu einer zusätzlichen CPU-Last führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass USB 3.0 bei weitem die geringste CPU-Auslastung hat, GigE und 10GigE haben etwas mehr CPU-Auslastung als USB 3.0. 5GigE und USB2 haben die höchste CPU-Auslastung.
Um Ihnen einen immer besseren Überblick über den Produktlebenszyklus als in der obigen Tabelle zu geben, haben wir auch die folgende Grafik gezeichnet. Es zeigt die Phase des Produktlebenszyklus, in der sich jede Bildverarbeitungsschnittstelle befindet.
Die ersten beiden Machine-Vision-Interfaces, die sich noch in der Einführung (und Entwicklung) befinden, sind die Produkte 10 GigE und N-BASE-T (5GigE). Beide Bildverarbeitungskameras eignen sich für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit den handelsüblichen Cat6e-Ethernet-Kabeln, die mit normalen GigE-Kameras verwendet werden. 10 GigE Vision hat etwa die 10-fache Bandbreite einer Standard-GigE-Vision-Kamera, erfordert jedoch eine 10GigE-Netzwerkkarte. N-BASE-T basiert auf verlustfreier Bildkompression, erreicht eine Bandbreite von USB 3.0, verwendet jedoch normale Cat6e-Ethernet-Kabel mit einer Länge von bis zu 100 Metern. Es verwendet auch den Standard-Ethernet-Port eines PCs, was es zu einer sehr schnellen und kostengünstigen Lösung macht. Die Zukunft dieser Schnittstellen sieht vielversprechend aus, insbesondere für N-BASE-T. Wir gehen davon aus, dass diese Bildverarbeitungsschnittstelle Ende 2019 veröffentlicht wird.
Eine der Schnittstellen, die in der Wachstumsphase aufgeführt wird, ist Coaxpress. Diese Schnittstelle(Interface) ähnelt 10 GigE und N-BASE-T, da sie für die Hochgeschwindigkeitsbildgebung geeignet ist. Der Nachteil dieser Schnittstelle ist, dass ein Framegrabber obligatorisch ist und dass sowohl die Framegrabber als auch die Koaxpress-Kamera relativ teuer sind.
In der Reifephase sehen Sie zwei Machine-Vision-Schnittstellen, die GeT-Kameras verkaufen, nämlich GigE und USB 3.0. Der USB 3.0 Vision Standard wurde 2011 und der GigE Vision Standard 2006 gegründet, beide von der "Automated Imaging Association" gegründet. Wir glauben, dass diese beiden Bildverarbeitungsschnittstellen den Höhepunkt ihrer Reife erreicht haben und die Nachfrage derzeit am höchsten ist. Wir gehen davon aus, dass GigE noch mindestens 5 Jahre in der Reifephase bleibt und USB 3.0 noch länger.
Die letzten beiden Bildverarbeitungs-Interfaces, USB2 und Camera Link, befinden sich im Rückgang. Aufgrund besserer Alternativen (USB 3.0 statt USB2 und Coaxpress statt Cameralink) ist und wird die Nachfrage in den nächsten Jahren weiter zurückgehen. USB2 hat eine sehr begrenzte Bandbreite und das Protokoll ist nicht so robust, was es nur für einen kleinen Anwendungsbereich geeignet macht.
Wenn die Bildverarbeitungsanwendung jedoch sehr minimale Anforderungen stellt, ist USB2 die beste Wahl in Bezug auf die Kosten. Camera Link hat eine gute Bandbreite, ist aber im Vergleich zu Coaxpress, USB 3.0 und in Zukunft 10 GigE und N-BASE-T in Sachen Bandbreite eine teure Option. Camera Link Machine-Vision-Kameras sind ebenfalls teuer und haben teure Kabel.
Wenn Sie mehrere Bildverarbeitungskameras auf einem Host-Controller installieren, ist es wichtig, Ihre Bandbreitennutzung zu überwachen. Die Verwendung dieser Art von Setup erfordert normalerweise eine Interface-Karte mit mehreren Eingängen. Wir werden nur mehrere Bildverarbeitungskamera-Setups für USB2, USB 3.0 und GigE behandeln.
Beginnend mit USB 3.0 bietet diese Bildverarbeitungsschnittstelle eine hervorragende Kompatibilität mit einem Kamerasystem mit mehreren Bildverarbeitungssystemen. Sie können für USB 3.0 entweder ein Sternnetzwerk oder ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk verwenden. Bei Verwendung eines Sternnetzwerks werden mehrere Bildverarbeitungskameras an einen einzigen USB 3.0-Hub angeschlossen. Die USB 3.0 Bandbreite wird auf die angeschlossenen USB 3.0 Machine Vision Kameras aufgeteilt. Dies liegt daran, dass alle einzelnen USB 3.0-Bildverarbeitungskameras von der einzigen Bandbreite des an den USB 3.0-Hub angeschlossenen Hosts verbrauchen.
Bei der zweiten Option, einem USB 3.0-Punkt-zu-Punkt-Netzwerk, verbinden Sie jede USB 3.0-Bildverarbeitungskamera direkt mit dem USB 3.0-Hostcontroller. Die USB 3.0-Schnittstellenkarte kann bis zu vier USB 3.0-Host-Controller-Eingänge haben, sodass vier USB 3.0-Bildverarbeitungskameras an eine Interface-Karte angeschlossen werden können. Jede USB 3.0 Machine Vision Kamera kann nun die volle Bandbreite des USB 3.0 Protokolls nutzen.
GigE-, 5GigE- und 10GigE-Bildverarbeitungskameras sind auch eine gute Option für ein Kamerasystem mit mehreren Bildverarbeitungssystemen. Mit hoher Flexibilität und kostengünstiger Verkabelung ist es ideal für die Überwachung von Förderbändern und Sport- & Bewegungsanalysen mit mehreren Bildverarbeitungskameras. Das Prinzip ist das gleiche wie bei USB 3.0-Kameras. Sie können sowohl ein Sternnetzwerk mit einem Ethernet-Switch als auch ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk mit einer Schnittstellenkarte mit mehreren GigE-Eingängen haben.
Die letzte von uns angebotene Schnittstelle, USB 2.0, ist am wenigsten für mehrere Bildverarbeitungskamera-Setups geeignet. Dies bedeutet nicht, dass Sie nicht mehrere USB2.0-Bildverarbeitungskameras anschließen und verwenden können, aber es bedeutet, dass sie von den dreien die schlechteste Leistung erbringen. Auch hier sind beide Netzwerkoptionen (Stern und Punkt-zu-Punkt) möglich, ebenso wie USB 3.0
