|
Interfejsy w kamerach przemysłowych |
| Interfejsy
w kamerach przemysłowych |
 |
|
| Jacek Bogusz |
| |
| Doświadczenia ASTAT jako dostawcy komponentów dla automatyki wskazują, że rynek kamer systemów wizyjnych
zdominowany był przez kamery analogowe, wymagające specjalnych interfejsów w celu konwersji sygnału
analogowego na cyfrowy, a w razie komunikacji z kamerą - cyfrowego na analogowy. Dodatkowo wymagany był
frame grabber, który zapisywał obraz w pamięci maszyny. Jednak rynek urządzeń wizyjnych stale się zmienia. |
Kamery analogowe w systemach wizyjnych nie zostały jeszcze
całkowicie zastąpione cyfrowymi. Popularność kamer cyfrowych
rośnie, jednak jeszcze przez jakiś czas kamery analogowe
będą odgrywać ważną rolę w systemach wizyjnych.
Zastosowanie interfejsu cyfrowego eliminuje konieczność używania
frame grabbera, konwersji sygnałów analogowych na cyfrowe, upraszcza
kontrolę kamery. Informacja jest przekazywana do komputera
w takiej postaci, jaka wymagana jest do przetwarzania. W systemach
cyfrowych przesłanie obrazu z kamery do komputera jest szybkie,
pewne i wolne od wad transmisji
analogowej.
Niektóre interfejsy cyfrowe stosowane
w systemach wizyjnych pochodzą
z popularnych zastosowań,
inne są specjalnie opracowywane
dla potrzeb przemysłu. Przykładami
pierwszych są FireWire (IEE1394)
i USB, natomiast drugich Camera
Link i GigE Vision. Wybór właściwego interfejsu wymaga od konstruktora
systemu wizyjnego wiedzy technicznej oraz zrozumienia wymagań
aplikacji.
Sprowadza się to do odpowiedzi na kilka pytań: Czy system wizyjny
pracuje z jedną, czy z wieloma kamerami? Jak dużo jest punktów kontroli
i w jakich odległościach od siebie? Jak daleko znaljdują się kamery
od komputera? Ile kontroli w jednostce czasu należy przeprowadzić?
Czy system wizyjny pracuje w czasie rzeczywistym?
Producenci urządzeń próbując odpowiedzieć na zadane wyżej pytania
zapełnili rynek kamerami ze wszystkimi dostępnymi rodzajami
interfejsów cyfrowych. Bardzo często ten sam model kamery wyposażony
jest w różne interfejsy, co w pewnym stopniu determinuje jej
zastosowanie.
Konsekwencją jest używanie tego samego modelu kamery w różnych
aplikacjach tylko po zmianie rodzaju interfejsu. |
|
| Gigabit Ethernet |
Giga Ethernet (GigE) został opracowany przez organizację AIA zgodnie
ze specyfikacją kanadyjskiej firmy Pleora Technologies. Podstawową
cechą GigE jest możliwość przesyłania do 1 Gbit/s przy użyciu
standardowych kabli przeznaczonych do sieci komputerowych. Ważną cechą jest to, że standard dopuszcza stosowanie różnych urządzeń
różnych producentów. Ma to ogromy wpływ na skrócenie czasu opracowywania
systemu wizyjnego.
Według danych AIA sprzedaż kamer z interfejsem GigE w 2005 r.
to około 0,7% ogółu kamer cyfrowych. Przewiduje się, że w 2010 r.
osiągnie około 30%. Nie bez znaczenia jest fakt, że europejska organizacja
EMVA (European Machine Vision Association) opracowuje
nowy standard dla urządzeń wizyjnych GenICam. Standaryzuje on
interfejs programowy kamer cyfrowych ze szczególnym uwzględnieniem
GigE. Już dziś wszyscy znaczący europejscy producenci kamer,
jak Baumer czy Tattile, uwzględniają przy ich konstrukcji wymagania
nowego standardu. |
| |
| Camera Link |
Camera Link definiuje dwukierunkową komunikację o dużej szybkości
pomiędzy kamerą i komputerem. Maksymalna długość kabla wynosi
10 metrów. Połączenia wykonywane są jako punkt - punkt. Specyfikacja
standardu określa trzy konfiguracje: bazową, średnio- i szerokopasmową;
o prędkościach transmisji odpowiednio: 2,38; 4,76 i 7,14
Mbit/s. Ostatnia aktualizacja pozwala na użycie w trybie bazowym tych
samych kabli do transmisji obrazu i zasilania kamery . W związku z tym
konieczna była zmiana funkcji doprowadzeń. W oryginalnej specyfikacji
doprowadzenia 1, 13, 14 i 26 podłączone są do masy. W nowej
1 i 26 są używane do zasilania (do 4 W).
Camera Link został opracowany do połączenia komputera PC z kamerą.
Wymagane jest użycie specjalnej karty interfejsu. Transmisja
danych nie angażuje czasu procesora. Wszystkie zależności czasowe
są ściśle określone, co pozwala na dokładne wyznaczenie czasów
trwania procesów. |
| |
| FireWire (IEE1394a) |
FireWire został opracowany przez firmę Apple. Pierwszą wersję
oznaczono 1394a. Interfejs pozwala na transmisję z prędkościami:
100, 200 lub 400 Mbit/s. Używane są standardowe kable połączeniowe.
Jako kolejny opracowano standard 1394b, który pozwala na
transmisję z prędkością do 800 Mbit/s. Zależności czasowe są ściśle określone, co pozwala na dokładne wyznaczenie czasu trwania
procesów.
Podstawową zaletą jest to, że FireWire to rozwiązanie standardowe
i w związku z tym tanie w integracji. Na rynku dostępnych jest wiele
urządzeń, chociaż praktyka pokazuje, że nie wszystkie karty dla komputerów
PC pracują dobrze z przemysłowymi systemami wizyjnymi.
Firma ASTAT, jako dystrybutor kamer Baumer w Polsce, ma wykaz zalecanych
kart FireWire, które były testowane z kamerami Baumer.
FireWire dla przemysłowych systemów wizyjnych nazywany jest
DCAM. Urządzenia spełniające wymagania standardu można zamieniać
miejscami (w sieci), można stosować kamery różnych producentów
bez zmian sterowników. W praktyce do jednej magistrali podłączone
jest do 4 kamer. |
|
|
Kamera Baumer z serii FGX |
Kamera Baumer z serii FGX |
Porównanie kamer BAUMER z serii FGX i FWX: podobna obudowa,
podobne parametry i rozdzielczości,
inne interfejsy (odpowiednio
Gigabit Ethernet i FireWire) |
| |
| USB |
Interfejs USB został opracowany do urządzeń domowych, głównie
przez firmę Intel. Kamery przeznaczone do systemów wizyjnych przeważnie
wyposażane są w interfejs USB 2.0.
Pozwala on na transmisję z prędkością do 480 Mbit/s z użyciem
standardowych kabli o maksymalnej długości do 5 metrów. Mimo prostoty
(niska cena, wysoka dostępność, standaryzacja rozwiązań) nie
jest zalecany do stosowania w przemysłowych systemach wizyjnych. |
| |
Standard
Parametr |
Giga Ethernet |
IEE 1394a |
IEE 1394b |
Camera Link |
Analog |
| Długość kabla |
100 m |
4,5 m |
4,5 m |
Do 15 m (zależnie od pasma) |
Do 100 m (zależnie od strat sygnału) |
| Szerokość pasma |
100 MB/s |
32 MB/s |
64 MB/s |
255 MB/s do 680 MB/s |
- |
| Prędkość transmisji |
1000 Mb/s |
400 Mb/s |
800 Mb/s |
>2000 Mb/s |
- |
| Standardy |
GigE Vision |
IEE 1394 Trade
Assoc. DCAM |
IEE 1394 Trade
Assoc. DCAM |
AIA Camera Link |
Różne standardy dla sygnału
wizji.
Brak standardu konfiguracji
i dla oprogramowania |
| Karta interfejsu |
Typowa karta sieciowa
Giga Ethernet |
Typowa IEE1394a |
Typowa IEE1394b |
Specjalna |
Specjalna |
| Maksymalna liczba kamer |
Praktycznie
nieograniczona |
16 (DCAM) |
16 (DCAM) |
2 (na pojedynczy frame grabber) |
6 (zależnie od frame grabbera) |
| Plug&Play |
Tak |
Tak |
Tak |
Nie |
Nie |
| Kabel połączeniowy |
Typowy lub
przemysłowy |
Typowy lub
przemysłowy |
Typowy lub
przemysłowy |
Przemysłowy,
specjalny |
Typowy lub przemysłowy |
|
| |
|
PRASA
