Prosilica Was ist GigE Vision? GigE Vision Gigabit-Ethernet Kameras für industrielle Anwendungen

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1 Was ist GigE Vision? GigE Vision Gigabit-Ethernet Kameras für industrielle Anwendungen Was ist GigE Vision? GigE Vision Gigabit-Ethernet-Kameras für industrielle Anwendungen von Im Laufe der letzten zehn Jahre haben sich die Schnittstellenstandards für Machine-Vision-Kameras weiterentwickelt. Vor zehn Jahren waren die Installation und Integration industrieller Digitalkameras in Machine-Vision- Systeme sehr kompliziert. Das Hauptproblem war, dass es keine Standards für Kameraschnittstellen gab. Systemintegratoren und Endanwender brauchten dringend stärker standardisierte Lösungen.

2 Ende der 1990er Jahre erstellte die AIA einen Kamera-Schnittstellenstandard auf der Basis von Channel Link, einem Parallelbus, der speziell für die Displays von Laptop-Computern entwickelt worden war. Durch die Festlegung eines Standardkabels und -Verbindungssteckers kombiniert mit einigen standardisierten Signalzuweisungen war der CameraLink -Standard geboren. Etwa zur gleichen Zeit entsprachen IEEE-1394 Firewire-Kameras einem digitalen Kamera-Schnittstellenstandard namens DCAM, heute allgemein eher bekannt als IIDC. Der DCAM (IIDC)-Kamera-Schnittstellenstandard ging insofern weiter als der CameraLink-Standard, als er nicht nur eine standardisierte Hardware-Schnittstelle definierte, sondern auch eine standardisierte Software-Steuerschnittstelle, wodurch DCAM-kompatible Firewire-Kameras zu echten Plug & Play-Geräten wurden. Bis heute haben diese beiden Schnittstellen den industriellen Kameramarkt dominiert. Inzwischen ist jedoch ein neuer Schnittstellenstandard aufgetaucht, der den industriellen Kameramarkt wohl sehr schnell erobern wird. Der neu herausgebrachte AIA GigE Vision -Standard für Gigabit-Ethernet-Kameras ist heute Stand der Technik bei Schnittstellen für Hochleistungskameras im Bereich Machine Vision. Was ist Gig-E? GigE oder Gigabit Ethernet ist die neueste Ethernet-Generation. Jeder kennt Ethernet als die übliche Art und Weise der Verbindung eines Computers mit einem Netzwerk. Standard Ethernet hat eine maximale Datenübertragungsrate von 10 Megabits pro Sekunde (Mbit/s) und Fast Ethernet eine maximale Übertragungsrate von 100 Mbit/s aber Gigabit Ethernet ist noch schneller und sendet mit 1000 Mbit/s. Standard Ethernet und Fast Ethernet sind zu langsam, um unkomprimierte Bilddaten zu streamen, und viel zu langsam für Machine-Vision-Kameras. Gigabit Ethernet (GigE) mit einer maximalen Übertragungsrate von 1000 Mbit/s oder 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) wird jedoch mit Streaming-Bilddaten fertig und sorgt für eine zuverlässige Übertragung von Bilddaten aus hochleistungsfähigen Machine-Vision-Kameras wie etwa die GE-Serie von. Was ist GigE Vision? Der von der AIA entwickelte GigE Vision -Standard ist ein neuer Schnittstellenstandard für hochleistungsfähige Machine-Vision-Kameras. GigE (Gigabit Ethernet) ist lediglich die Netzwerkstruktur, auf der GigE Vision aufbaut. Der GigE Vision-Standard umfasst sowohl einen Hardware-Schnittstellenstandard (Gigabit Ethernet) und Kommunikationsprotokolle als auch standardisierte Kommunikations- und Steuerungsarten für Kameras. Die GigE Vision-Kamerasteuerungsregister basieren auf einer Befehlsstruktur namens GenICam, die von der European Machine Vision Association (EMVA) verwaltet wird. GenICam richtet eine allgemeine Kamera- Steuerschnittstelle ein, damit Fremdanbieter-Software mit den Kameras verschiedener Hersteller ohne weitere Anpassungen kommunizieren kann. GenICam ist ein Bestandteil des GigE Vision-Standards. GigE Vision ist analog zum DCAM (IIDC)-Standard von Firewire, ist äußerst hilfreich bei der Verringerung der Kosten für die Systemintegration und erhöht die Benutzerfreundlichkeit von Machine Vision-Systemen. Was ist so gut an GigE Vision und Gigabit Ethernet? GigE Vision ist deshalb so interessant, weil es viele Features bietet, die bisher über eine einzelne Kameraschnittstelle nicht verfügbar waren. Die vorteilhafte Kombination aus hohen Übertragungsraten (erforderlich für Video- oder Imaging-Anwendungen mit unkomprimierten Daten), standardmäßiger Computerschnittstellen-Hardware, kostengünstiger Verkabelung und weiter Verbreitung machen Gigabit Ethernet zu einer attraktiven Schnittstellenoption für Machine-Vision-Kameras. Mit der Entstehung von GigE Vision, einem standardisierten Kamera-Kommunikationsprotokoll der Advanced Imaging Association (AIA), wird GigE sogar noch interessanter. Im Folgenden werden einige der überzeugenden Vorteile von GigE Vision-kompatiblen Kameras beschrieben:

3 Gigabit Ethernet-Ports für PCs und Laptops erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, sodass keine speziellen Schnittstellenkarten oder teure und komplizierte Framegrabber erforderlich sind, um eine GigE Vision- Kamera zu verwenden. GigE bietet ausreichend hohe Bandbreiten zur Übertragung unkomprimierter Bilddaten von der Kamera zum Host-Computer in Echtzeit und zwar mit Geschwindigkeiten, welche die Anforderungen der meisten industriellen Machine-Vision-Anwendungen übersteigen. Diese Tatsache macht komplexe und teure Schnittstellen wie CameraLink überflüssig. Gigabit Ethernet bietet eine hochleistungsfähige Kameraschnittstelle zur Übertragung von Steuerungs- und Bilddaten über lange Kabellängen (bis zu 100 Meter) unter Verwendung kostengünstiger CAT5e- oder CAT6- Kabel. Solche Kabellängen sind mit CameraLink, Firewire oder USB nicht immer möglich. GigE Vision ist kompatibel mit standardmäßiger Gigabit Ethernet-Hardware und ermöglicht die Vernetzung von Kameras. Dies ist bei Anwendungen, die mehrere Ansichten erfordern, besonders praktisch und ermöglicht zudem ganz neue Machine-Vision-Anwendungen in Intelligent Traffic Systemen (ITS) und bei bildgebenden Anwendungen im Bereich öffentliche Sicherheit. GigE Vision-Kameras wie die von sind in der Lage, die Bilddaten gleichzeitig an mehrere Computer zu senden, damit Bildverarbeitungslast auf verschiedene Computer verteilt werden kann. CAT5e- oder CAT6-Ethernetkabel können unter Verwendung kostengünstiger Kabel und Werkzeuge ganz einfach vor Ort hergestellt werden. Das ist besonders praktisch bei Außeninstallationen, bei denen Kameras auf Pfosten oder an Gebäuden angebracht werden müssen, und wo das Kabel den Anforderungen des Standorts entsprechend verlegt werden muss. Der neue GigE Vision-Standard ist benutzerfreundlicher als andere verbreitete Kameraschnittstellen. 10GigE bietet Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s, was bedeutet, dass sogar beim Einsatz mit Kameras für Hochgeschwindigkeitsanwendungen keine parallelen Schnittstellen wie CameraLink mehr erforderlich sind. Wie unterscheiden sich GigE Vision-Kameras von anderen Gigabit Ethernet-Kameras? Es gibt schon seit einiger Zeit eine Reihe von Ethernet- und Gigabit Ethernet-Kameras, allerdings handelt es sich bei diesen Kameras um eine völlig andere Spezies als den neuen GigE Vision-Kameras. Bisher benötigten Ethernet-Kameras einen eingebauten Computer zur Verwaltung des Ethernet-Datenstroms. Diese integrierten Computer fassen die Bilddaten in der Kamera zu Paketen zusammen und versenden die Daten dann in komprimierter Form an einen Host-Computer, in der Regel nicht in Echtzeit. Dieser Ansatz war für intelligente Kameras geeignet, die normalerweise keine unverarbeiteten Bilddaten senden, aber einen eingebauten Computer verwenden, um ein Bild zu analysieren und anschließend nur Daten über das Bild anstatt das Bild selbst senden. Wegen geringer Übertragungsgeschwindigkeiten und hohem Stromverbrauch waren diese Kameras für Machine-Vision-Anwendungen in der Regel nicht geeignet. GigE Vision ist ganz anders. GigE Vision-Kameras wie die Kameras der GE-Serie von sind speziell darauf ausgelegt, den Datenfluss dedizierter Hardware zu bewältigen und liefern einen sehr hohen und stabilen Datendurchsatz in einer Form, die sehr leicht zu verwenden und steuern ist. bietet derzeit eine ganze Serie von CCD- und CMOS-Machine-Vision-Kameras, die dem GigE Vision- Standard entsprechen und ein bisher nicht gekanntes Maß an Benutzer- und Integrationsfreundlichkeit mit sich bringen.

4 PROSILICA Flächenkameras für Industrie und Wissenschaft GigE Vision Kameras Gigabit Ethernet Kameras 100 Meter Kabellänge CCD & CMOS bis 4 MegaPixel (2048 x 2048) bis 200 Vollbilder/s Kameras überzeugen mit hervorragender Bildqualität, einer kompakten und robusten Bauweise, sowie bestem Preis/Leistungsverhältnis IEEE 1394 Kameras Firewire Kameras CCD & CMOS bis 2 MegaPixel (1620 x 1220) bis 100 Vollbilder/s Direct Fiber Option für 500 m Kabellänge

5 PROSILICA GigE Vision CCD & CMOS monochrom & color Gigabit Ethernet GigE Vision Gigabit Ethernet (GigE) ist die neueste Generation des bekannten Ethernet. Es steigert die Übertragungsgeschwindigkeit um Faktor 10 auf 1000 Mbps. Mit ca. 100 MB/s ist GigE leistungsfähig genug, um Videodaten auch von schnellen, hochauflösenden Machine Vision Kameras zu übertragen. >GigE Vision< mit >GenICam< standardisieren die Videoübertragung über Gigabit Ethernet für die industrielle und wissenschaftliche Bildverarbeitung. Beide weltweit gültigen Standards werden von der AIA bzw. dem EMVA geführt. GE-Kameraserie bietet mit der GE-Serie ein umfassendes Spektrum an Kameras mit dem GigE Vision Interface- Standard an. Über Gigabit Ethernet überträgt die GE-Serie nicht-komprimierte Bilder mit bis zu 200 Frames/s über Kabelstrecken von bis zu 100 m. Verwendet werden hierfür kostengünstige CAT5e/CAT6 Netzwerkleitungen. Für die verschiedensten Anwendungen der Bildverarbeitung bietet die GE-Serie höchste Performance. Von der hohen Bildqualität, der kompakten und robusten Bauweise sowie den zahlreichen Kamerafeatures profitieren Machine Vision, Verkehrsüberwachung, Medizintechnik, Semiconductor, Videoüberwachung und viele mehr. Auflösungen bis zu 2048 x 2048 Pixel Frameraten bis 200 Vollbilder/s Digitalisierung mit 10 oder 12 Bit Partial-Scan zur Steigerung der Framerate Globaler Vollbild-Shutter Trigger-, Sync- und User-I/O Kompakte Abmessungen 39 x 51 x 80 mm Wie für alle Kameras wird auch für die GE-Serie ein kostenfreies SDK mit zahlreichen Beispielen im Source-Code und ein interaktives Betrachtungsprogramm mitgeliefert. Damit wird die Integration der GE-Serie in Ihre Bildverarbeitungs-Applikation zum Kinderspiel.

6 PROSILICA IEEE 1394 CCD & CMOS monochrom & color CV-Kameraserie Die CMOS Kameras bieten zwei Firewire-Ports für das Daisy-Chaining von bis zu 63 Kameras. Maximale Flexibilität auch für die Triggerung der Kameras sowie für die programmierbaren Synchronisations- und User-I/O Signale EC-Kameraserie Ultrakompakt, leichtgewichtig, preisgünstig und dennoch mit vielen Features ausgestattet. Die EC-Kameraserie bietet für alle Anwendungen eine hervorragende Bildqualität, hohe Empfindlichkeit und ein perfektes Preis/Leistungsverhältnis. Auflösungen bis zu 1620 x 1220 Pixel Frameraten bis 97 Vollbilder/s Digitalisierung mit 10 oder 12 Bit Partial-Scan zur Steigerung der Framerate Globaler Vollbild-Shutter Trigger-, Sync- und User-I/O Ultrakompakt 33 x 46 x 56 mm Auflösungen 640 x 480 und 1280 x 1024 Pixel Frameraten 100 bzw. 24 Vollbilder/s Digitalisierung mit 10 Bit Partial-Scan zur Steigerung der Framerate Globaler Vollbild-Shutter Trigger-, Sync- und User-I/O 500m Kabelstrecke Alle Kameras der CV-Serie sind auch mit direktem fiberoptischem Ausgang (1394b-over-Fiber) verfügbar. Über Lichtwellenleiter von bis zu 500 Metern Länge wird das Videosignal übertragen, eine Störung der Bildübertragung durch elektromagnetische Einflüsse ist ausgeschlossen. Die Kamera wird entweder direkt an eine PCI-Karte mit fiberoptischem Eingang angeschlossen oder das Signal wird über einen Fiber-to-1394 Adapter rückgewandelt. Damit ist der Einsatz auch an jeder Standard Firewire- Schnittstelle möglich.

7 GigE Vision Kameras Auflösung Framerate 1 Pixelgröße Sensor Vollbild GE-Serie monochrom GE x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS GE x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD GE x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD GE x fps 4,65 x 4,65 µm 1/2 CCD GE x fps 6,45 x 6,45 µm 2/3 CCD GE x fps 4,4 x 4,4 µm 1/1.8 CCD GE x fps 7,4 x 7,4 µm 1.2 CCD GE-Serie color GE640C 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS GE650C 659x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD GE680C 640x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD GE1350C 1360x fps 4,65 x 4,65 µm 1/2 CCD GE1380C 1360x fps 6,45 x 6,45 µm 2/3 CCD GE1600C 1620x fps 4,4 x 4,4 µm 1/1.8 CCD GE2040C 2048x fps 7,4 x 7,4 µm 1.2 CCD IEEE 1394 Kameras Auflösung Framerate 1 Pixelgröße Sensor Vollbild EC-Serie monochrom EC x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS EC x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD EC x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CCD EC x fps 6,0 x 6,0 µm 1/3 CMOS EC x fps 6,7 x 6,7 µm 2/3 CMOS EC x fps 4,65 x 4,65 µm 1/2 CCD EC x fps 6,45 x 6,45 µm 2/3 CCD EC x fps 4,4 x 4,4 µm 1/1.8 CCD EC-Serie color EC640C 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS EC650C 659x fps 7,4 x 7,4 µm 1/3 CCD EC655C 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CCD EC750C 752x fps 6,0 x 6,0 µm 1/3 CMOS EC1350C 1360x fps 4,65 x 4,65 µm 1/2 CCD EC1380C 1360x fps 6,45 x 6,45 µm 2/3 CCD EC1600C 1620x fps 4,4 x 4,4 µm 1/1.8 CCD CV-Serie monochrom CV x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS CV x fps 6,7 x 6,7 µm 2/3 CMOS CV640F Direct Fiber 2 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS CV1280F Direct Fiber x fps 6,7 x 6,7 µm 2/3 CMOS CV-Serie color CV640C 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS CV640FC Direct Fiber 2 659x fps 9,9 x 9,9 µm 1/2 CMOS 1 bei Partial Scan (AOI 100 x 100) bis zu 1500 Frames/s 2 bis zu 500 m Übertragungslänge