GenICam: Der Standard

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1 GenICam: Der Standard Martin Kersting Bereichsleiter Entwicklung und Support STEMMER IMAGING GmbH Vision 2006 Stuttgart, 7. November 2006 M E M B E R O F T H E S T E M M E R I M A G I N G G R O U P

2 Hintergrund Tongham Surrey Aktiv in: GenICam GigE Vision EMVA 1288 Suresnes Pfäffikon Puchheim Gesamtumsatz: über 36 Mio. (05/06) Mitarbeiter Gruppe: über 100 (05/06)

3 Kunden-Situation BV-Praxis und Applikation: Kamera finden und anbinden Kamera konfigurieren Bilder erfassen ( grabben ) Konfiguration laden und speichern

4 Frame Grabber: Ausgangssituation Konfiguration der Kamera-Features mit proprietärer Software vom Kamera- Hersteller (Shutter-Zeiten etc.) Bildeinzug per proprietärer Software (Board level library des Frame Grabber-Herstellers) Kamera-Anbindung an Frame Grabber über proprietäres config file (Beschreibung des Timings, Bildformat) Kamera- Konfigurator Applikation Board level Library config file

5 Firewire: Ausgangssituation Idee: Definierte Kamera-Features Features definiert als Register in DCAM-Spezifikation. Idee eines Standards für Konfiguration und Zugriff Applikation Realität: faktisch Unzahl von Features, die in DCAM nicht abgebildet werden Kamera-Anbindung, Konfiguration und Bildeinzug per proprietärer Software (BCAM, FirePackage...) für jeden Hersteller nötig Software A Software B

6 GenICam Zielsetzung Kamera meldet sich selbst am System an Kamera teilt mögliche Konfiguration dem System mit Die Software ermöglicht einheitlichen Zugriff auf Konfiguration und Bildeinzug nicht nur für GigE Vision entwickelt, sondern auch theoretisch möglich mit Firewire, USB, CameraLink etc. Applikation Software

7 Konfiguration Kamera konfigurieren Kamera finden und anbinden Konfiguration laden und speichern Bilder grabben

8 Konfiguration: Was ist ein Feature? Ein Feature ist eine Einstellung in der Kamera z.b. ShutterTime, Gain, TriggerMode etc. Es gibt verschiedene Typen von Features: Integer (z.b. ShutterTime in us) Float (z.b. Gain) Boolean (z.b. Autogain) String (z.b. VendorName) Aufzählung (z.b. TriggerMode) etc.

9 Konfiguration: Was ist ein Feature? Jedes Feature hat einen Wert und ein oder mehrere Eigenschaften (Attribute), die vom Typen abhängen Alle Features haben einen: Namen, DisplayNamen Tooltip einige weitere Attribute Ein Integer besitzt z.b. ein: Minimum Maximum Inkrement

10 Konfiguration: Was ist ein Feature? Features können in Kategorien zusammen gefasst werden Z.B. Breite und Höhe in die Kategorie Bildgröße Der Datentyp eines Features kann mit einem Kontrollelement verbunden werden Integer, Float <-> Scrollbar String Boolean Enumartion <-> Edit Box <-> Check Box <-> Combo Box Ideal zur Erstellung graphischer Benutzeroberflächen (z.b. CVB)

11 Zugriffsmodi Zugriffsmodi können sich dynamisch verändern während der Aufnahme darf sich z.b. die Größe nicht verändern Implementierte Modi: RW: read/write Das Feature kann gelesen und geschrieben werden WO: write only Das Feature ist nur beschreibbar RO: read only Das Feature ist nur lesbar NI: not implemented Kamera unterstützt das Feature nicht NA: not available: Das Feature ist zur Zeit nicht verfügbar

12 XML Feature-Beschreibung Idee der XML-Datei: Kamera-Handbuch in elektronischer Form : beschreibt Kamera-Features Features zeigen auf Register in der Kamera GigE Vision: fertiges XML wird in der Kamera mitgeliefert und bereit gestellt Dynamische Selbstbeschreibung Applikation XML A Kamera A Kamera B XML B

13 Aufbau der XML-Datei Feature-Knoten Beschreibung für Anwender <Integer Name="Gain" NameSpace="Standard"> <ToolTip>Device overall amplification factor.</tooltip> <DisplayName>Gain</DisplayName> <pvalue>gainreg</pvalue> <Min>1</Min> <Max>255</Max> Register-Knoten Umsetzung in Kamera-Register </Integer> <MaskedIntReg Name="GainReg"> <Address>0x100</Address> <Length>4</Length> <AccessMode>RW</AccessMode> <pport>device</pport> <LSB>2</LSB> Port-Knoten Verbindung zum Gerät </MaskedIntReg> <MSB>10</MSB> <Port Name="Device"> <Endianess>BigEndian</Endianess> <ToolTip>Port giving access to the device.</tooltip> </Port>

14 XML: Zusammenfassung Die Device-Features sind in einer Baumstruktur angeordnet Die hierarchische Strukturierung erfolgt durch Kategorien Diese enthalten Features und Unterkategorien ROOT Category A Feature A.F1 Category A.A Feature A.A.F1 :Integer :Enum Register Jedes Feature besitzt eine Anzahl von Attributen, die es beschreibt Jedes Feature verweist auf ein oder mehrere Register Die GenApi tätigt Lese- und Schreib-Zugriffe auf die Register Feature A.A.F2 Category B Feature B.F1 Feature B.F2 :String :Float :Bool

15 Finden, Verwalten und Grabben Bleiben noch folgende Fragen offen: Finden & Verwalten der Kamera Grabben der Kamera-Bilder XML GenApi Factory Transport- Layer

16 Die Factory Die Factory organisiert und verwaltet den Zugriff auf die verschiedenen Module von GenICam: GenApi Konfiguration der Kameras Transport-Layer Register lesen und schreiben Grabben von Bildern Die Factory macht das System unabhängig von den Transport- Layern, diese sind beliebig austauschbar: Unabhängig vom Transportmedium! Applikation GenAPI Transport- Layer GigE Factory Transport- Layer 1394

17 Die Factory Aufgaben der Factory: Finden von Devices welche Transport-Layer sind vorhanden? welche Devices sind an welchen Interfaces angeschlossen? Anbinden von Devices Erzeugen der GenApi zur Device-Konfiguration Zugriff auf Grab-Schnittstelle Applikation Factory Transport Layer 1 Interface A Device A.1 Device A.2 Transport Layer 2 Interface B Device B.1 Device B.2

18 Der Transport-Layer Aufgaben des Transport-Layers (TL): Datentransport zum/vom Device Register lesen/ schreiben Grabben von Bildern GenICam definiert nur die Schnittstelle, die Transport-Layer sind austauschbar Die TL sind nicht Bestandteil von GenICam Die Transport-Layer kommen vom: Kamera-Hersteller Frame Grabber-Hersteller Software-Hersteller Applikation GenAPI Factory TL Schnittstelle GigE 1394 USB...

19 GenICam: Zusammenspiel Zusammenspiel von GenApi, Factory und Transport-Layer: Hardware-unabhängig Konfigurieren (XML) XML Applikation GenAPI Hardware-unabhängig Finden und Anbinden der Kamera Hardware-unabhängig Register lesen und schreiben Factory Verwalten, Konfiguration Austauschbar Daten-Transport mit Transport-Layer Transport- Layer GigE Transport- Layer 1394 Hardware-unabhängig Organisation von: Register lesen/schreiben Grabben der Bilder

20 GenICam: Der Standard GenICam umfasst: die Standard-Definition und Struktur der XML-Elemente Erklärung der Elemente Zusammenspiel der Elemente die Definition von Schnittstellen, z.b. zu Transport-Layern Die GenICam-Software ist nicht Teil des Standards Referenz-Implementierung in C++ GenApi Factory + (Registry) + Transport Layer Interface wird vom Standard-Gremium gepflegt Eigene Software muss sich verhalten wie Referenz-Software, um zum GenICam-Standard kompatibel zu sein.

21 GenICam: Zusammenfassung GenICam ermöglicht Hardware-unabhängigen, umfassenden Kamera-Zugriff...unabhängig von verschiedenen Transport-Layern...mit Unterstützung aller Kamera-Features Applikation GenICam macht es einfacher für Transport Layer GigE Transport Layer 1394 Transport Layer USB2 Transport Layer PCIe Anwender Kamera-Hersteller Software-Hersteller

22 Die XML-Beschreibung XML-Datei: Teil des GigE Vision-Standards Pflicht-Features (müssen implementiert sein) empfohlene Features (sind bereits definiert) User-definierte Features Die Standard-Feature-Liste des GenICam- und GigE Vision-Gremiums umfasst einige Pflicht-Features und viele weitere, vordefinierte Features. Eine Erweiterung um eigene Features ist jederzeit möglich. Somit gibt es keine proprietären Smart-Features mehr. XML mandatory recommended & optional custom

23 Pflicht-Features Basisfunktionalitäten: Sie ermöglichen es einer Software, Bilder aufzunehmen 7 Pflicht-Features: Width Height PixelFormat PayloadSize Acquisition Mode AcquisitionStart AcquisitionStop Breite des Bildes Höhe des Bildes Farbformat Bildpuffergröße Kontinuierlich/ Snap Start des Bildeinzugs Stop des Bildeinzugs mandatory

24 Standard-Feature-Liste (1) Kamera-Informationen Allgemeine Informationen über Kamera-Typ, Seriennummer,... Bildformat AOI und Sensorgröße, Farbformat,... Analoge Features Gain, Shutter, White Balance,... Aufnahme und Trigger Aufnahme- und Triggermodus, aktueller Status Digitale I/Os Kamera-I/Os konfigurieren, setzen und lesen mandatory recommended & optional

25 Standard-Feature-Liste (2) Zähler und Timer Bildzähler, Triggerzähler,... und Timer Events Interpretation von Kamera-spezifischen Benachrichtigungen Look-Up-Tables Konfigurieren, Lesen und Schreiben von LUTs GigE Vision Transportschicht GEV spezifische Features, IP- und MAC- Adresse,... Benutzereinstellungen Speichern, Laden von Benutzereinstellungen mandatory recommended & optional

26 GigE Vision und GenICam Zusammenfassung: GigE Vision-konforme Kameras setzen eine GenICam-XML-Beschreibung voraus Umfassende GigE Vision-Standard-Feature-List Pflicht-Features, um minimalen Zugriff zu gewährleisten Keine proprietären Smart-Features mehr Alle zusätzlichen Features trotzdem Standard-konform nutzbar Große Design-Freiheit der Kamera-Hersteller Gleiche Schnittstelle zum Benutzer

27 The big picture Hardware Software XML Datei GenICam GigE Vision UDP/ IP IP Ethernet Dokument zur Geräte-Beschreibung: Dokument zur Geräte-Beschreibung: - High Level Features (Gain, Shutter...) - High Level Features (Gain, Shutter...) - - Zusammenspiel Zusammenspiel der der Features Features - - Umsetzung Umsetzung Features Features in in Hardw.-Register Hardw.-Register Standard zur Geräte-Beschreibung: Standard zur Geräte-Beschreibung: - - Syntax Syntax der der XML-Elemente XML-Elemente - Zusammenspiel der Elemente - Zusammenspiel der Elemente - Schnittstellen-Definitionen - Schnittstellen-Definitionen - - Device Device Discovery Discovery - Control Channel - Control Channel - - Message Message Channel Channel - Streaming Channel - Streaming Channel - Daten-Protokoll - Daten-Protokoll - GigE = 1000 MBit - GigE = 1000 MBit

28 GenICam: Der Standard Martin Kersting Bereichsleiter Entwicklung und Support STEMMER IMAGING GmbH Vision 2006 Stuttgart, 7. November 2006 M E M B E R O F T H E S T E M M E R I M A G I N G G R O U P