Будущее интерфейсов машинного зрения

USB3-кабель. Источник: Анил Озтас

Это камера GigE высокого разрешения. Источник: Люменера

Вот высокопроизводительная камера USB 3.0. Источник: Люменера

Сетевой кабель. Источник: Raysonho @ Open Grid Scheduler/Grid Engine.

В условиях постоянно растущего спроса на частоту кадров, разрядность и разрешение стандарты интерфейсов должны адаптироваться к этим изменениям, предлагая новые способы передачи данных с повышенной скоростью и надежностью. Современные стандарты интерфейсов, такие как GigE Vision и USB3 Vision, поддерживают передачу потоковых видеокадров с использованием общедоступных интерфейсов и кабелей и не требуют использования специального оборудования, такого как устройства захвата кадров (дорогие элементы сетевой инфраструктуры, которые позволяют компьютерам захватывать кадры с потокового видеосоединения). Протокол передачи кадров встроен непосредственно в стандарт для минимизации затрат и сложности реализации.

Учитывая все это, в данной статье исследуется текущее состояние и ближайшее будущее наиболее популярных интерфейсов машинного зрения, которым не нужен захват кадров.

Стандарт интерфейса GigE Vision существует дольше и более широко распространен, чем USB3 Vision. В своем нынешнем состоянии интерфейс способен обеспечивать пропускную способность до 115 МБ/с на расстоянии до 100 метров по одному кабелю. GigE Vision обладает преимуществами обратной совместимости, заложенной в спецификацию Ethernet, что позволяет ему работать в новой инфраструктуре 2,5GBase-T, 5GBase-T и 10GBase-T. Подача питания также возможна с использованием спецификации Power over Ethernet (PoE) на медных кабелях CAT5e/CAT-6a/CAT-7. Спецификация позволяет каждому кабелю подавать мощность до 25 Вт на подключенную камеру.

Для увеличения мощности и скорости можно использовать два кабеля последовательно, что эффективно удваивает пропускную способность и подачу мощности. Это достигается с помощью агрегации каналов (LAG), которую стандарт GigE Vision полностью поддерживает, однако стабильности при таком типе соединения добиться непросто. Он также поддерживает сетевые возможности, присущие Ethernet, что позволяет интегрировать их в существующие сети и использовать с коммутаторами Ethernet для различных топологий. Опять же, проблемы со стабильностью могут возникнуть в более сложных сетях из-за особенностей протокола.

Поскольку все камеры в системе технического зрения обычно находятся в одной сети, GigE Vision позволяет передавать команды запуска всем камерам одновременно, обеспечивая высокую синхронность между камерами. Кроме того, GigE Vision поддерживает передачу по сети нескольких форматов данных, включая, помимо прочего: RAW (несжатый), JPEG, JPEG 2000 и H.264.

Следующими шагами для GigE Vision в настоящее время являются внедрение NBase-T и десятигигабитного Ethernet. NBase-T позволяет передавать данные со скоростью, в пять раз превышающей скорость гигабитного Ethernet, без необходимости модернизации уже существующей кабельной инфраструктуры. NBase-T призван служить переходом от гигабитного Ethernet к десятигигабитному Ethernet, поскольку потребуются лишь незначительные модификации существующей системы. Как только пользователь будет готов обновить всю систему до десятигигабитного Ethernet, он сможет сделать это одним из двух способов.

Для десятигигабитного Ethernet можно использовать либо медные кабели CAT-6a/CAT-7 длиной до 100 метров, либо более дорогие одномодовые оптоволоконные кабели, способные преодолевать расстояния до пяти километров. Оба типа кабелей поддерживают скорость передачи данных до 1100 МБ/с. Однако оптоволоконные кабели не могут подавать питание на устройства. Для этого потребуется питание устройств на дальнем конце.

Стандарт USB3 Vision был основан на опыте и знаниях, полученных от GigE Vision, а также других стандартов машинного зрения. В настоящее время стандарт поддерживает скорость передачи изображений 400 МБ/с на расстояниях более 100 метров. Комбинация пассивных, активных и оптоволоконных удлинительных кабелей позволяет USB3 Vision работать на расстоянии до 125 метров. Подача питания также возможна при использовании пассивных и активных кабелей, поставляющих на камеру мощность 4,5 Вт. Однако тогда длина кабеля ограничивается примерно 10 и 25 метрами соответственно. Он также потребляет треть энергии для передачи данных, чем предыдущая технология USB 2.0, и способен осуществлять полнодуплексную передачу.