Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

GigE Vision, USB3 Vision, FireWire, Camera Link: цифровые интерфейсы для камер машинного зрения

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

GigE Vision, USB3 Vision, FireWire, Camera Link: цифровые интерфейсы для камер машинного зрения1

При внедрении системы машинного зрения одной из важнейших задач является выбор интерфейса доступа к видеокамере. Пользователи, системные интеграторы и производители должны учитывать различные факторы, чтобы прийти к оптимальному соотношению между производительностью, стоимостью и надежностью
Рене фон Финтель
Старший продакт-менеджер
компании Basler AG

Сравним наиболее популярные цифровые интерфейсы для систем машинного зрения, их особенности и преимущества.

Gigabit Ethernet/GigE Vision

Многокамерная съемка, длинный кабель, отсутствие плат видеозахвата
Стандарт Gigabit Ethernet (GigE) широко используется для передачи видеосигнала в системах машинного зрения с 2006 г. По количеству инсталляций это наиболее быстро распространяющийся интерфейс для цифровых камер промышленного применения. Причина в том, что GigE избавляет пользователей от традиционных проблем.

1. Позволяет получать от камеры изображения при значительных длинах кабеля. Так, длина 5-й категории кабеля (CAT5) может достигать 100 м. Имеются стандартные способы увеличения этого расстояния, вплоть до использования оптики. Такие длины кабеля невозможны для протоколов Camera Link, USB 2.0 и FireWire.

2. Упрощает применение нескольких камер, подключаемых к одному компьютеру. При пропускной способности 100 Мбайт/с и длине кабеля 100 м Gigabit Ethernet является универсальным цифровым интерфейсом, поэтому отпадает необходимость в платах видеозахвата (фреймграбберах) и специальных кабелях для работы со скоростной камерой в системе машинного зрения.

Цифровые системы стандарта GigE являются альтернативой традиционным системам на базе аналоговых телекамер почти в любой сфере применения. На сегодня GigE преобладает в ряде областей – от производственных объектов до интеллектуальных транспортных систем.

При работе с сетевым интерфейсом Gigabit Ethernet поставщик решения должен учитывать следующие требования:

  1. высокая вычислительная мощность для захвата изображения (обычно 3–8% от производительности процессора);
  2. временной период между кадрами – определяется пользователем. Интерфейс Gigabit Ethernet позволяет получить точность синхронизации камеры 1 мс. Этого оказывается достаточно для большинства приложений. Пользователям, желающим синхронизовать камеры с точностью выше 1 мс, следует использовать внешний запуск.

Gigabit Ethernet/GigE Vision

Скорость: 100 Мбайт/с.
Длина кабеля: до 100 м.

Преимущества:

  • стандартный интерфейс для любого компьютера;
  • простая организация многокамерного режима съемки;
  • значительная длина кабеля;
  • поддержка стандарта PoE.

Ограничения: требуется высокая процессорная мощность

USB 3.0/USB3 Vision

Высокие скорости, отсутствие плат видеозахвата, низкая нагрузка на процессор, простота установки
Стандарт USB 3.0 стал стандартом потребительского рынка. Большинство компьютеров на сегодня оснащены портами USB 3.0. Спецификация USB3 Vision была официально принята в 2013 г.; она отвечает всем необходимым требованиям передачи видео в системах машинного зрения.

Скорость передачи данных, которую обеспечивает USB 3.0, в 9 раз выше по сравнению с предшествующим стандартом USB 2.0. Он также имеет более низкий уровень ошибок передачи видео, дает меньше задержки и искажения, поддерживает более высокую мощность питания, позволяет использовать более длинные кабели. В USB 3.0 управление питанием реализовано на уровне соединения – инициировать переход в режим энергосбережения при простое может как хост-компьютер, так и само устройство (что актуально для уличных камер и камер с питанием от аккумуляторной батареи).

Можно выделить несколько ключевых преимуществ USB 3.0. Реальная пропускная способность может достигать 350 Мбайт/с без использования фреймграббера. Интерфейс поддерживает технологию Plug-and-Play. Технология Direct Memory Access (DMA) позволяет снизить нагрузку на процессор при передаче данных до минимума и масштабировать вычислительные ресурсы в соответствии с потребностями.

USB 3.0/USB3 Vision

Скорость: 350 Mбайт/с.
Длина кабеля: до 8 м.

Преимущества:

  • повсеместное распространение;
  • простота использования (Plug-and-Play);
  • низкая нагрузка на процессор;
  • низкий уровень задержек передачи и искажений;
  • управление питанием и энергосберегающие режимы;
  • передача данных и питания по одному кабелю.

Ограничения:

  • длина кабеля;
  • сложная организация многокамерного режима съемки.

FireWire

Устаревший ограниченный интерфейс
FireWire (также известный как IEEE 1394) многие годы являлся популярным цифровым интерфейсом. Чем же он был так привлекателен? Тем, что поддерживал подключение видеокамер с протоколом обмена DCAM, обеспечивал отличную совместимость программного обеспечения и устройств и давал необходимую мощность питания на каждом порту. А рынок до сих пор предлагает широкий выбор камер.

Тем не менее доля рынка устройств, использующих стандарт FireWire, снижается. На то несколько причин. Пропускная способность не превышает 64 Мбайт/с (IEEE 1394b), что резко ограничивает разрешение и частоту кадров в секунду. Длина кабеля всего 4,5 м. Стандарт FireWire уходит с потребительского рынка, как результат – рост цен, невысокий выбор оборудования и ПО.

В общем, при организации новых систем машинного зрения не рекомендуется рассматривать FireWire в качестве интерфейса передачи видео. Более целесообразным вариантом с аналогичными преимуществами, но со значительно более высокой скоростью передачи будет USB 3.0.

FireWire

Скорость: l IEEE 1394a – максимум 32 Mбайт/с l IEEE 1394b – максимум 64 Mбайт/с
Длина кабеля: до 4,5 м.

Преимущества:

  • низкая нагрузка на процессор;
  • низкий уровень задержек передачи и искажений.

Ограничения:

  • сокращение числа поддерживаемого оборудования и ПО;
  • длина кабеля;
  • скорость передачи

Camera Link

Высочайшие скорости, более сложное решение
Camera Link является очень функциональным и мощным интерфейсом, разработанным специально для камер машинного зрения.

Диапазон частот интерфейса Camera Link позволяет работать с камерами, габариты которых не превышают размеров кубика сахара, а также с камерами, разрешающая способность которых достигает 2 Мпкс, а скорость – нескольких сотен кадров в секунду. Для камер, расчитанных на пропускную способность канала 100–850 Мбайт/с, рекомендуется использовать стандартизованный интерфейс Camera Link.

Поскольку Camera Link был разработан специально для камер машинного зрения, он гарантирует очень высокую скорость видеосигнала, простоту использования и сохранность данных. Все компоненты решения должны поддерживать стандарт Camera Link. Кабели, соединения и платы видеозахвата стандарта Camera Link обычно предназначены для применения только в ТВ-системах и являются дорогостоящими. Каждый компонент решения должен быть сертифицирован производителем и совместим с другими компонентами.

Интерфейс Camera Link имеет три варианта конфигурации:

  1. Base (1 порт, 1 разъем для кабеля) – 255 Mбайт/с;
  2. Medium (2 порта, 2 разъема для кабеля) – 510 Mбайт/с;
  3. Full (4 порта, 2 разъема для кабеля) – 850 Mбайт/с.

Camera Link

Скорость для разных вариантов конфигурации: Base – 255 Mбайт/с, Medium – 510 Mбайт/с; Full – 850 Mбайт/с.
Длина кабеля: до 10 м при 85 МГц.

Преимущества:

  • специализированный и признанный стандарт;
  • высокие скорости передачи;
  • передача данных и питания по одному кабелю (PoCL – Power over Camera Link).

Ограничения:

  • требуется специализированная плата видеозахвата;
  • необходимы компоненты класса Hi-End (плата видеозахвата, кабели);
  • длина кабеля.

Перспективные стандарты

Универсального интерфейса для цифровых камер машинного зрения не существует. Однако есть очевидные претенденты на эту роль в будущем. По мнению экспертов, некоторые интерфейсы со временем могут исчезнуть с рынка систем машинного зрения: FireWire – из-за ухода с потребительского рынка, и USB 2.0 – из-за нестабильной передачи видео. Оба этих стандарта не соответствуют современным требованиям по высокому разрешению изображения и частоте передачи кадров.


Поскольку интерфейс Gigabit Ethernet поддерживает наибольшую длину кабеля и простую организацию многокамерного режима съемки, для многих различных задач он окажется предпочтительным.

Будет расти популярность стандарта USB 3.0/ USB3 Vision благодаря высоким скоростям, низким нагрузкам на процессор и демократичной стоимости решений. USB 3.0 придет на смену существующим системам на базе интерфейсов FireWire и USB 2.0.

Для пользователей, чьими главными приоритетами являются скорость и разрешение, наилучшим выбором будет Camera Link Full. Ожидается, что на смену решениям на базе Camera Link Base и Medium придет интерфейс USB 3.0 как более экономически выгодный.

GigE, USB 3.0 и Camera Link Full являются наиболее перспективными и массовыми стандартами на сегодня и в перспективе.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2013
Посещений: 7267


  Автор
Рене фон

Рене фон Финтель

Старший продакт-менеджер
компании Basler AG

Всего статей:  2

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций