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Mehr Bandbreite

Dual 10GigE Farb-Zeilenkamera mit Link Aggregation

Die allPixa-evo-Zeilenkamera mit Dual-10GigE-Schnittstelle und je einer Sensor-Zeile für rot, grün, blau und monochrom ermöglicht leistungsfähige Farbinspektionssysteme mit bis zu 15Gbps.

(Bild: Chromasens GmbH)


Neue CMOS-Sensoren sind mittlerweile so hochauflösend und schnell, dass sie eine gewaltige Menge an Daten erzeugen. Hier wird die Kameraschnittstelle zum Nadelöhr des Systems. FireWire, GigE und USB-3.0 sind hier längst nicht mehr ausreichend. 10GigE ist seit langem der Standard in professionellen IT-Netzwerken und hält derzeit Einzug in die industrielle Bildverarbeitung. Es bietet effektiv 9Gbps, ist dank GigE Vision Kompatibilität leicht zu integrieren, und das bei gleichzeitig niedrigen Hardwarekosten: Keine Spezialkabel, keine Framegrabber. Reicht das also nun aus? Nicht immer. Insbesondere bei Bahninspektionen in den Bereichen Papier, Druck, Glas und Holz ist die kontinuierliche Bilderfassung mit hoher Orts- und Zeitauflösung ein Muss. Hier sind Zeilenkameras in ihrer Leistungsfähigkeit unerreicht. Besonders anspruchsvoll ist die Überprüfung von Farben mit Zeilenkameras. Im Digitaldruck überprüfen die Inspektionssysteme z.B. ob alle Farben die korrekten Werte aufweisen und der Farbauftrag flächig, übereinander und ohne Aussetzer erfolgte. Hier gilt es trotz hoher Bahngeschwindigkeiten, feinste Ungenauigkeiten zu finden. Die Inspektion von Substraten, Wafern sowie Platinen erfordert ebenfalls eine akkurate Bilderfassung bei gleichzeitig hoher Ortsauflösung und schneller Objektbewegung. Dort kommen Farb-Zeilen-Sensoren zum Einsatz, die aus mehreren Pixelzeilen bestehen, z.B. aus einer Zeile mit rotem, einer Zeile mit grünem und einer Zeile mit blauem Farbfilter. Spezielle Sensoren bieten noch eine vierte Zeile ohne Farbfilter und liefern Zeilenfrequenzen von 70kHz bei 15.360 Pixeln horizontaler Auflösung. Somit entstehen Datenraten bis zu 25Gbps (RGB).

Doppelt überträgt besser

Eine Rate von 25Gbps übersteigt selbst die Bandbreite von 10GigE bei weitem. Jedoch ist das Konzept der Link-Aggregation schon von Dual-GigE-Kameras bestens bekannt und standardisiert. Um alle Vorzüge der niedrigen Hardwarekosten und der einfachen Integrierbarkeit beizubehalten, hat Chromasens eine Dual 10GigE Kameraschnittstelle entwickelt und in der allPixa evo Zeilenkamera auf den Markt gebracht. Bei Dual 10GigE liefern zwei physische 10GigE Ausgänge parallel Pixeldaten an den Verarbeitungsrechner. Technisch gesehen bündelt und koordiniert das Link Aggregation genannte Feature die gleichzeitige Datenübertragung eines Datenstroms verteilt auf zwei Ethernet-Leitungen. Im Bildverarbeitungsrechner werden die ankommenden parallelen Datenströme automatisch durch die Dual-Port Netzwerkkarte wieder zu einem Datenstrom zusammengefasst, woraus sich dann das aufgenommene Bild ergibt. In der Praxis sind damit circa 50 Prozent Durchsatzerhöhung realisierbar. Somit ergibt sich eine Datenrate von effektiv bis zu 15Gbps. Der zweite Ethernet Kanal kann optional skalierend genutzt werden, der Betrieb ist aber auch mit nur einem Anschluss möglich. Die Ethernet Verbindung erfolgt üblicherweise mit einem klassischen Kupferkabel der Klasse CAT 6A bei Entfernungen bis zu 100m. Eine alternative Nutzung von SFP Multimode-Modulen erhöht diese Distanz zum Verarbeitungsrechner nochmals. Dank Lichtleiter kann die Schnittstelle dann auch in EMV kritischen Umgebungen eingesetzt werden.

RGB-Inspektion mit einer Kamera und 15k

Die ersten zwei Kameramodelle mit Dual 10GigE Schnittstelle bieten 10k- und 15k- Zeilensensoren. Sie besitzen vier parallel angeordneten Zeilen. Drei davon sind mit klassischen Farbfiltern ausgestattet, um eine RGB High-Speed Objektanalyse mit nur einer Aufnahme und Kamera zu ermöglichen. Die durch ein Firmwareupdate später optional nutzbare vierte Zeile ist monochromatisch und sammelt mindestens dreimal mehr Licht ein und kann auch NIR-Wellenlängen empfangen. Hauptanwendungen sind die Absicherung einer originalgetreuen Wiedergabe von Farben. Interne digitale Wandlung und Verarbeitung von bis zu 36Bit pro Farbpixel ergeben rauscharme und stabile Rohdaten. Optional gleicht eine interne programmierbare Farbkorrektureinheit die RGB-Werte an einen Standardfarbraum an, z.B. sRGB. Sie berücksichtigt dabei die Lichtsituation einer LED-Zeilenbeleuchtung. Als Ergebnis werden die Farben in einem Standardfarbraum ausgegeben. Eine 12-Bit-Umsetzungstabelle (LUT) für jeden Kanal ermöglicht zusätzlich individuelle Kontrastspreizung und Gamma-Funktionalität was eine bessere Ausnutzung der Dynamik bei einem 24-Bit-RGB-Ausgabeformat erlaubt. Eine automatische Weißregelung ermöglicht optional die kontinuierliche Anpassung des Bildkontrastes und des Weißpunktes. Die Serienfertigung der Kameras ist für das dritte Quartal 2019 geplant.

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