Camera Link Usability-Upgrade

Einfache Konfiguration von CL-Kameras mit GenCP

Camera Link (CL) wurde im Jahr 2000 als erster Bildverarbeitungsstandard veröffentlicht und ist derzeit die dominierende Schnittstelle für Applikationen, die eine hohe Auflösung und Bildrate benötigen. Über viele Jahre war sie die einzige dafür geeignete Schnittstelle, was die aktuell hohe Verbreitung erklärt. Neuere Standards, wie GigE Vision und USB3 Vision, zeichnen sich jedoch durch mehr Flexibilität und eine einfachere Integration aus. Die LX-Kameraserie hat nun diese Flexibilität und Integrationsfähigkeit mittels GenCP (Generic Control Protocol) auf Camera Link Kameras übertragen.
Camera Link nutzt eine Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen Kamera und PC und erfordert einen Framegrabber. Durch diese Architektur ist die Kommunikation sehr deterministisch und robust. In vier Varianten (Base, Medium, Full und EightyBit) können maximal 10 Pixel mit 8bit bei 85MHz übertragen werden. Daraus resultiert eine Bandbreite von bis zu 850MB/s – und das bei geringer Komplexität und einfacher Umsetzbarkeit. Im Gegensatz zu modernen Standards sind Lokalisierung und Parametrierung einer Kamera jedoch nicht eingeschlossen – es wird lediglich eine RS232-Schnittstelle zur Kommunikation definiert. Das darüber liegende Protokoll ist herstellerspezifisch umgesetzt und die Kameraregister müssen direkt programmiert werden. Das ist vor allem bei komplexen Funktionen sehr aufwändig und fehleranfällig. Erweiterte Zustandsinformationen sind ebenfalls nicht definiert und für die Integration müssen sowohl Tools und Software Development Kits (SDK) des Kameraherstellers als auch des Framegrabber-Herstellers eingebunden werden. Verpflichtende Kompatibilitätstests wie bei GigE Vision oder USB3 Vision sind nicht festgeschrieben. Als Konsequenz sind die Einbindung und der Support von Camera Link häufig aufwändiger. Mit neuen Funktionen verringern die neuen Baumer LXC-Kameras diesen Integrationsaufwand.

Konfigurationsprotokoll GenCP

Die aktuell gültige Camera Link Version 2.0 beinhaltet keine Unterstützung für ein Kontrollprotokoll. GenICam bietet deswegen eine Erweiterung für Camera Link an. Kernkomponente dafür ist eine CLProtocol DLL (Dynamic Link Library), die vom Kamerahersteller mitgeliefert wird und das Herstellerprotokoll GenICam konform umsetzt. Integriert in das SDK des Framegrabbers ermöglicht es die Parametrierung der Kamera und den Bildeinzug mit einer Softwareumgebung. In der Praxis ist dieser Ansatz jedoch aufwendig, da Softwarekomponenten mehrerer Hersteller eingebunden und viele Betriebssystemversionen unterstützt werden müssen. Um diesen Mehraufwand zu eliminieren, wurde mit GenCP (Generic Control Protocol) ein neues Konfigurationsprotokoll standardisiert. Dies wird von Baumer für die neuen Camera Link Modelle der LX-Serie eingesetzt, um die Einbindung für den Anwender so einfach wie möglich zu gestalten. Für die Integration der Kameras muss danach unterschieden werden, ob der Framegrabber bereits GenCP unterstützt oder nicht. Falls nicht, können alle Einstellungen der Kamera über ein komfortables Konfigurationstool vorgenommen werden. Die anschließende Einbindung in die Kundenapplikation erfolgt auf Basis der GenICam Referenzimplementierung. Davon abgeleitet stehen ein speziell entwickeltes SDK und entsprechende Beispiele zur Verfügung. Mit der zunehmenden Verbreitung des Protokolls setzen aber auch immer mehr Hersteller von Framegrabbern auf die Unterstützung von GenCP, so dass die Kamerakonfiguration komfortabel direkt aus dem Framegrabber-SDK heraus erfolgen kann – ganz ohne weitere Software des Kameraherstellers. Zur einfachen Integration lässt sich bei den LXC-Modellen zusätzlich der Camera Link Takt flexibel zwischen 40 und 85MHz einstellen. Anwender profitieren so wahlweise von einer kurzen Latenz oder von längeren Kabeln bei reduzierter Bildrate. Des Weiteren können mit der Unterstützung des EightyBit Modes sehr hohe Bildraten oder eine bessere Genauigkeit durch Nutzung von 10bit/Pixel erzielt werden. Die integrierte PoCL (Power over Camera Link) Option ermöglicht außerdem die Stromversorgung direkt über den Framegrabber. Das reduziert nicht nur die Anzahl eingesetzter Kabel, sondern spart auch Integrationskosten und Wartungsaufwand.

Viele Analysemöglichkeiten

Im Gegensatz zu GigE Vision bietet Camera Link bisher nur eingeschränkte Analysemöglichkeiten. Baumer hat deswegen auf clevere Funktionalitäten in den neuen Kameras gesetzt. So lassen sich erstmals auch Events und Statusinformationen nutzen, wie Trigger oder Sensor Exposure Status. Insbesondere bei der Einbindung können so Fehlersituationen schnell diagnostiziert werden. So kann auch im laufenden Betrieb überwacht werden, ob z.B. alle Trigger angenommen werden konnten. Auch zum Erkennen oder Beheben von Fehlern bei der Datenübertragung sieht der CL-Standard keine Mechanismen vor. Werden Kameras für Anwendungen mit hohem Pixeltakt und längeren Kabel oder für Robotik-Applikationen eingesetzt, ist dies jedoch durchaus von Bedeutung. Um Übertragungsfehler zu erkennen, wurde daher bei den LXC-Kameras in Anlehnung an GigE Vision eine Prüfsumme über die Daten im Bild eingefügt. Sie ermöglicht dem Anwender, die Datenintegrität in der Software zu prüfen, ohne Änderungen am Framegrabber vornehmen zu müssen – und das auch im Betrieb, um fehlerhafte Auswertungen zu vermeiden. Kabel mit bis zu 15m wurden dabei erfolgreich getestet. Weiterhin stellen die CL-Kameras für die Überprüfung der Systemstabilität zusätzliche Metadaten bereit. Mit der FrameID kann mittels Bildsequenznummer geprüft werden, ob jedes Bild übertragen wurde. Die RegionID ermöglicht eine Zuordnung der Bildausschnitte bei Multi-ROI-Applikationen und mit einem Zeitstempel wird sichergestellt, dass Bilder mehrerer Kameras auch synchron aufgenommen wurden.

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