Deterministische Bilderfassung im µs-Bereich
Realtime Grabber
Der Erfolg, den die beiden ‚Consumer-orientierten‘-Kamera-Interfaces GigE und USB3 Vision in der Bildverarbeitung verzeichnen, beeindruckt: innerhalb weniger Jahre sind die Absatzzahlen explodiert (auch wenn USB3 aktuell noch am Beginn des Ramp-Ups steht). Als logische Konsequenz sollte daher – zumindest auf den ersten Blick – die Verbreitung und Akzeptanz der klassischen, Framegrabber-orientierten Bilderfassung sinken.
Allerdings gibt es aber nach wie vor einen signifikant großen Markt für Framegrabber. Besonders anspruchsvolle Anwendungen, die vor wenigen Jahren noch als ‚unlösbar‘ galten, sind häufig verbunden mit dem Anspruch an ein Maximum an Performance, Stabilität und Ansprechverhalten. Sie erfordern oft dedizierte Hard- und Software für die Bildverarbeitung. Genau deshalb stellt Matrox Imaging eine neu entwickelte PCIe-Framegrabber-Serie für die Interfaces Camera Link, CoaXPress und Camera Link HS vor. Wo liegen aber die Vorteile dieser Framegrabber und in welchen Märkten und Applikationen macht der Einsatz einer zusätzlichen Hardware-Komponente heute überhaupt noch Sinn?
Industrialisierung und Langzeitverfügbarkeit
In rauen Industrieumgebungen ist der Einsatz von Consumer-orientierten Interfaces nicht immer leicht: Beidseitig verschraubte Stecker, lange Kabelstrecken, industrielle Kabeldurchführungen, robuste Schirmung gegenüber EMV-Einflüssen und speziell die Langzeitverfügbarkeit aller Komponenten wird häufig vorausgesetzt. GigE und USB3 Vision lösen zwar die meisten dieser Themen mehr oder weniger gut, aber speziell die Langzeitverfügbarkeit des Interfaces auf PC-Seite ist ein großes Problem. GigE- und USB3-Chipsätze für PC-Interfaces wechseln schnell und oft ohne Ankündigung. Eine Garantie zur Verfügbarkeit und gleichbleibender Performance und Kompatibilität ist dort nicht gegeben. Für die Framegrabber von Matrox Imaging wird eine Verfügbarkeit von mehr als sieben Jahren zugesichert. Aktuell ist sogar ein Analog-Framegrabber von 1998 immer noch lieferbar. OEMs, die Maschinen mit langer Lebens- und Servicedauer in den Markt bringen, profitieren somit von der Langlebigkeit und dem umfassenden Lifecycle-Management von der Produkteinführung bis zur -abkündigung.
Bandbreite
Der Faktor Datenbandbreite ist eine der wichtigsten Kennzahlen für jedes Interface: Die Sensortechnologie schreitet unaufhaltsam fort und Bilddaten werden immer größer durch die Zunahme von Pixel-Auflösung, Readout-Geschwindigkeit, Bit-Tiefe und Anzahl der Farbkanäle (Stichwort: Multispektralkameras). Zudem sind Framegrabber in Puncto Transferleistung immer noch ungeschlagen: Camera Link, CoaXPress und Camera Link HS übertreffen die framegrabber-losen Schnittstellen bei weitem (Bild 2). Dies ist besonders interessant für Anwendungen, die auf Kameras mit den neuesten hochauflösenden und schnellen Sensorgenerationen von On Semiconductor, Cmosis, e2v, Teledyne Dalsa, aufsetzen. In Branchen wie Semiconductor, Flat-Panel oder Print wird schlichtweg eine riesige Menge an Bilddaten erzeugt und verarbeitet. Hierfür sind die Radient eV Boards konzipiert, bei denen die technische Basis für jedes Interface identisch ist: Mit leistungsfähigen FPGAs für Datenhandling, LUTs, Bayer-Interpolation und Farbraum-Konvertierung, 1 bis 4GB onboard-Speicher und dem superschnellen PCIe x8 Gen2.0 Interface leisten sie bis zu 4GB/s Datendurchsatz. Nur das Grabber-Frontend unterscheidet sich dabei von Version zu Version: Camera Link2.0 zusammen mit dem Extended-Full 10x8bit Mode bei vollen 85MHz für 850MB/s und speziell für Mehrkamerasysteme eine Quad-Base bzw. Dual-Full Version mit bis zu 1,7GB/s. Die CoaXPress-Variante ist mit zwei bzw. vier BNC-Steckern für die unabhängigen CXP-6-Links ausgestattet. Bis zu vier Single-Link-Kameras mit je 6,25Gbps oder einer Kamera mit bis zu 25Gbps über Link-Aggregation können angeschlossen werden. Camera Link HS mit einem CX4-(Kupfer-)Anschluss für das CLHS M-Protokoll mit sieben Daten- und einem Befehls-Kanal erlaubt den Transfer von 2,1GB/s Bilddaten sowie allen Trigger- und I/O-Signalen über 15m Kabel.
