Embedded-GigE-Vision-Server

SoCs als dezentrale Bildverarbeitungssysteme

Prinzipiell besteht jedes Bildverarbeitungssystem aus zwei grundlegenden Funktionseinheiten: der Bildquelle und der Bildsenke. Als Bildquelle kommen im Umfeld der industriellen Bildverarbeitung heutzutage üblicherweise kompakte CMOS-Kameras zum Einsatz. Die Bildsenke ist die Verarbeitungseinheit, die aus dem Bild Ergebnisse extrahiert. Dabei handelt es sich derzeit noch zumeist um klassische PC-Systeme auf Basis von Intel-Prozessoren und dem Betriebssystem Windows.

Mit dem CVB-GigE-Vision-Server können dezentrale, kompakte Embedded-Systeme auf Basis von SoCs-Bilddaten von mehreren Kameras aufnehmen, vorverarbeiten und die generierten Ergebnisbilder wiederum als GigE-Vision-Kamera ausgeben. (Bild: Stemmer Imaging GmbH)

Die Kommunikation zwischen Bildquelle und -senke kann über verschiedene Schnittstellen erfolgen, die je nach Anforderungen an Kabellänge, Datenrate und Systemtopologie individuelle Vorteile bieten. Hochauflösende Kameras mit beeindruckenden Bildraten generieren extreme Datenmengen, die nach optimierten Schnittstellen verlangen und somit spezielle Interfacekarten im Rechner erfordern, z.B. CoaXPress oder CameraLink (HS). Die Definition von Bildquelle/-senke beschreibt bereits bildlich, dass die Übertragung der Bilddaten, also des substantiellen Datenvolumens – in der Regel unidirektional erfolgt. Dieser Tatsache tragen die genannten Kameraschnittstellen insofern Rechnung, als dass die Übertragungsbandbreiten zwischen Quelle und Senke unsymmetrisch ausgelegt sind. Die meisten Applikationen im industriellen Umfeld kommen allerdings mit weniger anspruchsvollen Kameras aus, deren Datenraten eine Übertragung über gebräuchliche und in normalen PC-Systemen standardmäßig vorhandenen Standardschnittstellen erlauben (USB, Ethernet, Firewire).

Full-Duplex-Betrieb bei GigE

Die Ethernet-Schnittstelle, heutzutage zumeist als Gigabit-Ethernet (GigE) ausgeführt, bietet die Besonderheit des Full-Duplex-Betriebes. Über diese Schnittstelle können im Gegensatz zu den weiteren oben aufgeführten Varianten gleichzeitig – und ohne gegenseitige Beeinflussung – Daten mit voller Bandbreite empfangen und gesendet werden. Erst bei vollständiger Auslastung der Übertragungsbandbreiten in beide Richtungen kann die Übertragung des notwendigen Kontrollprotokolles (Heartbeat-Pakete) versagen, was zum Abbruch der Verbindung führt. Aber selbst diesem Effekt kann mit entsprechenden Einstellungen (Interpacket-Delay) entgegengewirkt werden. Die Ethernet-Schnittstelle erlaubt also die Auflösung der klassischen Rollenverteilung von Bildquelle (Kamera) und Bildsenke (Rechner) für die Bildverarbeitung. Mittlerweile haben sich fast alle Hersteller von industriellen Kameras mit GigE-Schnittstelle und industrieller Bildverarbeitungssoftware auf den GigE-Vision-Standard als Hardwareprotokoll und Genicam als Software Interface geeinigt. Durch die Verwendung dieser Hard- und Softwarestandards besteht eine sehr umfangreiche und umfassend getestete Kompatibilität zwischen etablierten Kameras und Softwarepaketen auf den verschiedensten Rechnersystemen. Bemerkenswert ist, dass der GigE-Vision-Standard als Hardwareprotokoll – einschließlich Genicam als Softwareinterface – nicht auf die GigE-Schnittstelle beschränkt ist. Alle beschriebenen Vorzüge kommen gleichermaßen auch beim Einsatz von Ethernet-Schnittstellen mit höheren Bandbreiten (z.B. 10GigE) zum Tragen. Auf die saubere begriffliche Trennung von Hardwareprotokoll und Software Interface muss bei diesen Betrachtungen unbedingt Wert gelegt werden, da eine Genicam-Unterstützung als Software Interface ebenfalls vom CoaxPress gefordert wird. Bei oberflächlicher Verwendung der Begrifflichkeiten besteht ansonsten das Risiko von Missverständnissen.

Embedded-GigE-Vision-Server

Der CVB-GigE-Vision-Server hat durch die Ausnützung der beschriebenen Eigenschaften der Ethernet-Schnittstelle bei voller Unterstützung des GigE-Vision-Standards und mit entsprechender Zertifizierung die klassische Rollenverteilung zwischen Kamera und Rechner aufgehoben. Unter Verwendung des Standard-Softwaremodules aus der Programmierbibliothek Common Vision Blox kann nun auch der Rechner als Bildquelle fungieren und Bilddaten dank der Full-Duplex-Übertragung der Ethernet-Schnittstelle über GigE Vision an andere Bildsenken schicken. Da es sich um eine vollständige GigE-Vision-Unterstützung handelt, verhält sich diese Bildquelle exakt so, wie eine normale GigE-Vision-Kamera und bietet auch diesbezügliche Kommunikation – also Bildübertragungen – zu allen GigE-Vision-kompatiblen Bildsenken.

Embedded-GigE-Vision-Server
Mit dem CVB-GigE-Vision-Server können dezentrale, kompakte Embedded-Systeme auf Basis von SoCs-Bilddaten von mehreren Kameras aufnehmen, vorverarbeiten und die generierten Ergebnisbilder wiederum als GigE-Vision-Kamera ausgeben. (Bild: Stemmer Imaging GmbH)


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