Краткий обзор интерфейсов промышленных камер

Источник: janiecbros/Creatas Video через Getty Images

При выборе камеры для системы машинного зрения проектировщикам необходимо учитывать датчик изображения, разрешение, крепление объектива и другие особенности, например способ подключения камеры к процессору. Достижение оптимальной производительности системы машинного зрения и визуализации часто зависит от выбора наилучшего интерфейса камеры, отвечающего пропускной способности данных, надежности данных, детерминированности, мощности, длине кабеля и другим системным требованиям.

Эта статья содержит информацию, призванную помочь разработчикам систем машинного зрения и визуализации ориентироваться в различных стандартах и ​​опциях интерфейса камеры и выбирать интерфейс, который наилучшим образом соответствует требованиям решаемой задачи машинного зрения или визуализации.

По мере развития приложений машинного зрения и обработки изображений в конце 1990-х годов необходимость в стандартизации стала очевидной. Стандартизация наиболее распространенных элементов систем технического зрения, таких как камеры и крепления объективов, делает системы машинного зрения и обработки изображений менее дорогими и простыми в интеграции за счет снижения затрат, упрощения проектирования и установки систем и обеспечения совместимости компонентов.

РИСУНОК 1: Два уровня программного обеспечения помогают интегрировать камеру. Сначала транспортный уровень перечисляет камеру, обеспечивает доступ к регистрам нижнего уровня камеры, извлекает потоковые данные с устройства и доставляет события. Второй уровень — это библиотека получения изображений, которая является частью комплекта разработки программного обеспечения. Он использует транспортный уровень для доступа к функциям камеры и позволяет захватывать изображения. Источник: Ассоциация по развитию автоматизации.

Стандарты интерфейса гарантируют беспрепятственное взаимодействие таких компонентов, как камеры, устройства захвата кадров и программное обеспечение (часто от разных поставщиков). Стандартизируя способ подключения камеры к ПК, стандарты интерфейса предоставляют определенную модель, которая позволяет более просто и эффективно использовать технологии машинного зрения и обработки изображений.

Все началось в 2000 году с внедрения Camera Link, первого стандарта высокоскоростного интерфейса цифровой камеры. С тех пор было создано множество других стандартов интерфейса камеры. К наиболее популярным относятся GigE Vision, USB3 Vision, Camera Link HS и CoaXPress (см. Таблицу 1).

Хотя стандарт Camera Link существует уже 22 года и в основном находится в режиме обслуживания, он по-прежнему широко используется в приложениях машинного зрения. GigE Vision — это недорогой стандарт, который использует существующую инфраструктуру Ethernet и масштабируется до любого уровня скорости Ethernet. По сути, он был разработан одновременно с GenICam и, следовательно, стал первым интерфейсом камеры, для которого он требовался.

С помощью GigE Vision разработчики могут подключить его напрямую к порту Ethernet на ПК или купить стандартный коммутатор, если этого требует приложение, — и оно будет работать. Никакого специального оборудования не требуется. Широко доступное сетевое оборудование для Интернета существует уже давно и становится все быстрее и быстрее, поэтому GigE Vision намного дешевле, чем многие другие решения. USB3 Vision, представленный в 2012 году, представляет собой еще один недорогой и удобный стандарт, который использует широко доступные порты собственного компьютерного интерфейса, однако максимальная длина кабеля ограничена 3–5 метрами или до 60 метров с активным оптическим кабелем.

CoaXPress, представленный в 2010 году, представляет собой высокоскоростной интерфейс по коаксиальному кабелю, который был впервые использован в Японии, где тогда была большая инфраструктура аналоговых камер, подключенных через коаксиальный кабель. Camera Link HS была представлена ​​в 2012 году как замена следующего поколения Camera Link в приложениях с чрезвычайно высокой скоростью. CoaXPress, Camera Link и Camera Link HS требуют архитектуры на основе захвата кадров, которая обеспечивает более высокий уровень обработки данных и выделенные разъемы.

Существует два типа стандартов интерфейса камеры: аппаратный и программный. Разработчики систем машинного зрения и обработки изображений обычно должны выполнить четыре основные задачи: поиск и подключение к камере, настройка камеры, получение изображений с камеры и обработка асинхронных событий, о которых сообщает камера или к ней.