Machine vision-camera-interface: welke moet u selecteren? (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE-visie)

MACHINE VISIE CAMERA-INTERFACE

Om u te helpen bij het kiezen van de beste interface voor uw machine vision-toepassing, gaat dit artikel dieper in op de voor- en nadelen van de verschillende typen machine vision-camera-interfaces die wij aanbieden. Het artikel zal zich voornamelijk concentreren op deze vijf industriële machine vision-interfaces. Opgemerkt moet worden dat GeT-camera's alleen USB2.0-, USB3.0- , GigE- , 5GigE- en 10GigE-machine vision-camera's bieden. Om het overzicht van industriële machine vision-camera-interfaces compleet te maken, hebben we in onderstaande tabel aanvullende interfaces opgenomen.

Neem contact op voor ondersteuning bij het kiezen van de juiste interface

De bandbreedte van een machine vision-camera-interface

We beginnen met te praten over de bandbreedte van een machine vision-camera-interface. Bandbreedte is een maatstaf die aangeeft hoeveel informatie er in een bepaalde periode tussen computers kan stromen. Dit wordt veroorzaakt door de hoeveelheid beeldgegevens die van de machine vision-camera naar de hostcontroller kunnen worden verzonden. Omdat de bandbreedte wordt uitgedrukt in megabytes per seconde, kan een USB2.0 machine vision-camera 40 megabytes aan beeldgegevens per seconde verzenden.

Dit impliceert dat een overdrachtssnelheid van beeldgegevens van 400 megabytes per seconde kan worden bereikt door een USB3.0 machine vision camera-interface wanneer deze volledig wordt benut, wat ongeveer tien keer sneller is dan een USB2.0 machine vision camera-interface. Een groot bandbreedtegebruik, of het verzenden van grote hoeveelheden gegevens, verhoogt ook de verwerkingstijd van de computer. De computer doet er daardoor langer over om een ​​beeld te reconstrueren. Aan de andere kant versnelt een hoge bandbreedte de gegevensoverdracht, waardoor de hostcontroller sneller kan beginnen met het berekenen en reconstrueren van beelden. Toepassingen waarbij machine vision betrokken is, vragen hier vaak om.

Prestatiefactor voor bandbreedte van de machine vision-camera-interface

Er zijn een aantal factoren die de uiteindelijke gegevensdoorvoer beïnvloeden en het aantal afbeeldingen per seconde verminderen. Eén daarvan is de maximale bandbreedte van uw machine vision-camera-interface. Uw gegevensdoorvoer kan worden belemmerd door latentie, jitter en pakketverlies. Een slechte kabelkwaliteit kan er ook toe leiden dat er minder bandbreedte beschikbaar is. We raden u aan onze handleidingen over GigE- of USB3.0 machine vision-camera's te lezen, omdat we deze onderwerpen in detail behandelen.

De machine vision-toepassing en de beperkingen van uw systeem bepalen hoeveel bandbreedte u nodig heeft. Over het algemeen is elke foto gemaakt met een 2 Megapixel camera 2 Megabyte groot. De benodigde bandbreedte is 2x10=20 megabytes per seconde als uw behoefte 10 beelden per seconde vereist. Elke interface voor een machine vision-camera kan deze bandbreedte aan. Maar als er 100 beelden per seconde nodig zijn, hebt u alleen cameralink-, coaxpress-, USB3.0-, 5GigE- en 10GigE-machine vision-camera-interfaces nodig, en 2x100=200 megabytes per seconde aan bandbreedte.

De maximale kabellengte voor een machine vision-camera-interface

De maximale kabellengte van de machine vision camera-interface is het tweede onderwerp van discussie. Deze maximale kabellengtes geven aan met welke kabellengte u de grootst mogelijke bandbreedte kunt blijven gebruiken. Zo zijn USB3.0-kabels verkrijgbaar met een maximale lengte van 25 meter, maar dit is langer dan de 4,6 meter machine vision USB3.0-kabels, waardoor er bandbreedte verloren gaat. Het type bekabeling dat u kiest, hangt af van hoeveel flexibiliteit u wilt en hoeveel bandbreedte u wilt overdragen. De standaard bekabelingskosten zijn als volgt:

• 0-kabel voor machine vision-camera kost tussen de 4 en 6 dollar
• 0-kabel voor machine vision-camera kost tussen de 16 en 20 dollar
• GigE-, 5GigE-, 10GigE-kabel voor machine vision-camera kost tussen de 8 en 10 dollar

Als de machine vision-camera op een bewegend platform wordt geïnstalleerd, is een Highflex-kabel nodig. Jarenlang kan deze highflex-kabel dagelijks meerdere keren per seconde buigen. De goedkoopste highflex-kabels voor machinevisie zijn GigE Highflex-kabels. Ze beginnen bij 50 dollar.

Heb ik een framegrabber nodig voor USB2.0-, USB3.0- en GigE machine vision-camera's?

Camera's waarvoor geen framegrabber nodig is, zijn USB2.0, USB3.0, GigE en 5GigE. Een framegrabber is alleen vereist voor machine vision-interfaces zoals 10GigE, camera Link, Firewire B en Coaxpress. Er moet echter worden opgemerkt dat de term "framegrabber" dubbelzinnig is en voor interpretatie vatbaar is. We bieden een interfacekaart om het aantal USB3.0- of GigE-interfacepoorten van een computer te vergroten als deze er niet genoeg van heeft. Een andere naam voor deze interfacekaart is een framegrabber. We testen alle interfacekaarten en framegrabbers die we verkopen om er zeker van te zijn dat ze met maximale bandbreedte kunnen werken met behulp van onze machine vision-camera's.

De gemiddelde prijs van een machine vision-camera

Van de vijf typen machine vision-camera-interfaces die wij aanbieden, is USB2.0 het minst duur en 10GigE het duurst. Vergeleken met camera Link- en Coaxpress-camera's zijn ze alle vijf nog steeds goedkoper. De minst dure modellen, aangeboden onder het concurrerende prijsmodel, kosten allemaal minder dan $ 100. Om dit in context te plaatsen: een standaard coaxpresscamera kost ongeveer $1000, en een machine vision framegrabber voor coaxpress kost ongeveer $500. Wanneer deze twee kosten bij elkaar worden opgeteld, is het totaal $ 1500. wat resulteert in een tienvoudige kostenstijging ten opzichte van de USB3.0 machine vision-camera-interface. Daarom denken we dat we de meeste gangbare machine vision-toepassingen kunnen afdekken met de USB2-, USB 3.0-, GigE- en 5GigE-interface.

De CPU-belasting van een machine vision-camera

Elke machine vision-camera-interface brengt beelden over van de interface naar het geheugen van de processor met behulp van CPU-kracht. CPU-belasting is de term die wordt gebruikt om de benodigde hoeveelheid CPU-vermogen te beschrijven. Terwijl USB2.0 en GigE een "gemiddelde" CPU-belasting op de hostcontroller hebben, heeft USB3.0 een "lage" CPU-belasting. Omdat USB3.0 een heel ander protocol gebruikt dan USB2.0 en GigE, waardoor minder resources nodig zijn, heeft het een lagere CPU-belasting.

Een Unicast Dual-Simplex data-interface wordt gebruikt door USB3.0-, GigE-, 5GigE- en 10GigE-machine vision-camera-interfaces; deze interface maakt bidirectionele gegevensoverdracht mogelijk. Het functioneert in het scenario waarin routepakketten en meldingen expliciet op allochrone wijze worden verzonden door een hostgerichte procedure. Als gevolg hiervan kan de machinevisiecamera, wanneer deze gereed is om gegevens te verzenden, de hostcontroller hiervan op de hoogte stellen. Als je dit nieuwere mechanisme vergelijkt met het pollingmechanisme van USB2.0, wordt er minder CPU- en systeembelasting gegenereerd. Voor alle duidelijkheid: de USB2.0 machine vision-camera-interface maakt gebruik van gegevensoverdracht in één richting, waardoor de CPU harder moet werken en meer gegevens (beeldpakketten) op de interfacekaart moet stapelen.

Bovendien vereist de 5GigE machine vision-camera ook meer CPU-vermogen. Via de 1000 Mbps Ethernet-interface verzendt de 5GigE-camera verliesvrij gecomprimeerde beelden naar de computer. De afbeeldingen moeten worden gedecomprimeerd, wat de CPU-belasting op de computer vergroot.

Samenvattend hebben GigE en 10GigE een iets hoger CPU-gebruik dan USB3.0, terwijl USB3.0 veruit het laagste CPU-gebruik heeft. USB2.0 en 5GigE gebruiken het meeste CPU-vermogen.

Productlevenscyclusbeheer van machine vision-camera-interfaces

We hebben ook een grafiek gemaakt om u een beter overzicht te geven van de productlevenscyclus dan wat in de bovenstaande tabel wordt weergegeven. Het geeft de fase weer waarin elke machine vision-interface zich momenteel in de productlevenscyclus bevindt.

Introductiefase

De 10 GigE- en N-BASE-T (5GigE)-producten zijn de eerste twee machine vision-interfaces die zich momenteel in de introductie- (en ontwikkelings)fase bevinden. Door gebruik te maken van dezelfde commerciële Cat6e ethernetkabels die worden gebruikt bij reguliere GigE-camera's, zijn beide machine vision-camera's geschikt voor snelle beeldvorming. Voor 10 GigE Vision is een 10GigE netwerkkaart nodig, die ongeveer tien keer de bandbreedte biedt van een typische GigE Vision camera. Gebaseerd op verliesvrije beeldcompressie, gebruikt N-BASE-T standaard Cat6e Ethernet-kabels met een lengte tot 100 meter om een ​​bandbreedte te bereiken die vergelijkbaar is met USB3.0. Het is een zeer snelle en betaalbare oplossing omdat het ook gebruik maakt van de standaard Ethernet-poort van een computer. Deze interfaces lijken een mooie toekomst te hebben, vooral voor N-BASE-T.

Groeifase

Coaxpress is één van de interfaces die genoemd wordt in de groeifase. Aangezien het geschikt is voor snelle beeldvorming, lijkt deze interface op 10 GigE en N-BASE-T. De vereiste voor een framegrabber en de relatief hoge kosten van zowel de framegrabber als de Coaxpress-camera zijn de nadelen van de interface.

Volwassenheidsstadium

GigE en USB3.0 zijn de twee machine vision-interfaces die GeT-camera's verkopen tijdens de volwassenheidsfase. De Automated Imaging Association heeft zowel de GigE Vision-standaard in 2006 als de USB3.0 Vision-standaard in 2011 opgericht. We denken dat beide machine vision-interfaces het hoogtepunt van ontwikkeling hebben bereikt en dat de vraag momenteel ongekend hoog is. We verwachten dat USB3.0 nog langer zal blijven rijpen, en GigE nog minstens vijf jaar.

Fase van daling

De laatste twee machine vision-interfaces, camera Link en USB2.0, naderen het einde van hun levensduur. Betere alternatieven (zoals USB3.0 in plaats van USB2.0 en Coaxpress in plaats van cameralink) zijn de reden voor de huidige en toekomstige vraagdaling. Vanwege de extreem beperkte bandbreedte en het zwakke protocol is USB2.0 slechts geschikt voor een beperkt aantal toepassingen. Qua kosten is USB2.0 echter de beste optie wanneer de machine vision-toepassing zeer weinig eisen stelt. Hoewel Camera Link een goede bandbreedte heeft, is deze qua kosten duurder dan Coaxpress, USB3.0 en in de toekomst 10GigE en N-BASE-T. Camera Link Machine Vision-camera's zijn niet alleen duur, maar worden ook geleverd met dure kabels.

Het gebruik van meerdere machine vision-camera's

Houd uw bandbreedtegebruik in de gaten wanneer u meerdere machine vision-camera's op één hostcontroller installeert. Om dit soort instellingen te gebruiken, is meestal een interfacekaart met meerdere ingangen nodig. Alleen USB2.0-, USB3.0- en GigE-opstellingen met meerdere machine vision-camera's worden gedekt.

Meerdere USB 3.0 machine vision-camera's

Deze machine vision-interface is zeer compatibel met meerdere machine vision-camerasystemen, te beginnen met USB3.0. Met USB 3.0 maak je gebruik van een point-to-point- of sternetwerk. Bij gebruik van een sternetwerk wordt één USB 3.0-hub aangesloten op meerdere machine vision-camera's. De aangesloten USB 3.0 machine vision-camera's delen de USB3.0-bandbreedte. Dit komt door het feit dat elke afzonderlijke USB 3.0 machine vision-camera de enige bandbreedte van de host gebruikt wanneer deze is aangesloten op de USB 3.0-hub.

In het tweede scenario, waarbij u elke USB3.0 machine vision camera rechtstreeks koppelt aan de USB3.0 hostcontroller, creëert u een USB3.0 point-to-point netwerk. Vier USB3.0 machine vision-camera's kunnen op één USB3.0-interfacekaart worden aangesloten. Nu kan elke USB3.0 machine vision-camera de volledige bandbreedte benutten.

Meerdere GigE machine vision-camera's

Voor een meervoudig machinevisiecamerasysteem zijn GigE-, 5GigE- en 10GigE-machinevisiecamera's ook een goede keuze. Het is perfect voor sport- en bewegingsanalyse en monitoring van transportbanden vanwege de hoge flexibiliteit en lage bekabelingskosten. Het werkt volgens hetzelfde principe als USB3.0-camera's. U kunt een interfacekaart met talrijke GigE-ingangen gebruiken om een ​​point-to-point-netwerk te creëren, of u kunt een Ethernet-switch gebruiken om een ​​sternetwerk te creëren.

Meerdere USB2.0 machine vision-camera's

De USB2.0-interface, onze laatste optie, is niet de beste voor configuraties met meerdere machine vision-camera's. Het presteert het slechtst van de drie, maar dit betekent niet dat u niet meerdere USB2.0 machine vision-camera's kunt aansluiten en gebruiken. Opnieuw worden USB3.0 en zowel point-to-point- als sternetwerken ondersteund.

Hoe selecteer ik de geschikte machine vision-camera-interface?

• Van de drie opties is de USB2.0 machine vision camera-interface het meest betaalbaar en gebruiksvriendelijk. De kabellengte en bandbreedte zijn echter beperkt. Toepassingen die maximaal 1,3 MP en 30 frames per seconde vereisen of een toepassing van 5 MP bij 7 frames per seconde met een maximale kabellengte van 5 meter zijn het meest geschikt voor USB2.0 machine vision-camera's.
• Een van de snelste interfaces die we ondersteunen is de USB 3.0 machine vision-camera-interface, die ook de minste hoeveelheid computerverwerkingskracht vereist. Hij is daarom perfect voor beeldvorming op hoge snelheid en hoge resolutie, maar de maximale lengte van de kabel is 4,5 meter.
• Machine vision-toepassingen maken vaak gebruik van GigE Vision-camera-interfaces, waarvoor langere kabellengtes nodig zijn (tussen 5 en 100 meter). De bandbreedte is gemiddeld (tussen USB2.0 en USB3.0). Voor de meeste machine vision-toepassingen is dit perfect. De GigE-interface maakt het gebruik van vision-camera's met lage resolutie met hoge framerates mogelijk, evenals 20 MP vision-camera's met lage framerates.
• Een nieuwe machine vision-interface genaamd 5GigE Vision heeft prestaties die vergelijkbaar zijn met USB3.0. Het gebruik van goedkope Cat6e-netwerkkabels en lange kabellengtes (tot 100 meter) zijn voordelen ten opzichte van USB3.0. Niettemin verbruikt deze machine vision-camera-interface, vergeleken met USB3.0, meer CPU-vermogen.
• Door de extreem hoge bandbreedte is de 10GigE Vision camera-interface perfect voor camera's met zeer hoge resoluties en hoge framerates. Lange kabellengtes zijn haalbaar en de kabels zijn redelijk geprijsd. Er is een 10GigE framegrabber nodig voor deze machine vision-camera-interface. Vergeleken met GigE, 5GigE en USB3.0 zijn de totale kosten van deze machine vision camera-interface hoger.