Komunikační rozhraní

Komunikační rozhraní zprostředkovávají přenos obrazových dat mezi kamerou a systémem strojového vidění. Při volbě vhodného rozhraní (resp. kamery, komunikující přes určité rozhraní) je třeba brát v potaz maximální propustnost rozhraní, maximální možnou délku kabeláže, počet kamer, které je možné využívat zároveň, možnost připojení zařízení způsobem Plug&Play nebo jistě důležitá schopnost snímat a přenášet data v reálném čase. V následujícím přehledu jsou nejčastěji používaná rozhraní. Popíšeme jejich přednosti i nedostatky a vhodnost pro vybrané aplikace strojového vidění.

Camera Link

Camera Link je rozhraní, které bylo vyvinuto přímo pro potřeby přenosu obrazu. Používá sérioparalelní přenos dat. Nejjednodušší konfigurace (Base) má k dispozici tři multiplexované osmibitové paralelní kanály (obvykle použité pro RGB), příslušné kanály pro řídicí a synchronizační signály i pomocné sériové rozhraní pro nastavení kamery. Existuje i konfigurace Medium a Full s dvojnásobnou a trojnásobnou kapacitou přenosu dat. Teoretická komunikační rychlost rozhraní CameraLink je 2,38 Gb/s, odpovídající šířce datového kanálu 297,5 MB/s.

Díky tomu, že je toto rozhraní používáno již dlouhou dobu, je jednoduché a zároveň velmi spolehlivé. Velkou výhodou tohoto rozhraní je velmi vysoká datová propustnost. Zajímavá je i možnost napájení a komunikace s kamerou po jednom kabelu.

Mezi nedostatky naopak patří to, že je nutné instalovat komunikační adaptér (frame graber), neboť PC obvykle nemá CameraLink mezi standardními rozhraními. Cena zařízení pro CameraLink komunikaci je vyšší než u ostatních rozhraní. Není ani možné zařízení připojit či odpojit za chodu (Plug&Play). Ani pracovní vzdálenost není příliš velká – maximální délka kabeláže je 10m.

Nejčastěji se toto rozhraní používá v aplikacích s vysokorychlostními kamerami nebo kamerami řádkovými (line scan).

Vysokorychlostní Ethernet (GigE, gigabit Ethernet)

Označením GigE, vysokorychlostní Ether¬net, IEEE 802.3ab (varianta pro metalické vedení) je uváděn gigabitový Ethernet, který pracuje na stejných principech jako standardní Ethernet. Pro přenos obrazových dat byl vyvinut široce akceptovaný přenosový standard GigE Vision.

Velkou výhodou je, že toto rozhraní mají běžně počítače PC a není třeba kupovat a instalovat žádný dodatečný hardware. Je možné zároveň připojit více kamer, které mohou komunikovat i získávat snímky ve stejný okamžik. Signál je také možné převést na bezdrátový a díky tomu přenášet data na velké vzdálenosti. Maximální délka kabelu je 100m. Rychlost přenosu je pro většinu aplikací strojového vidění dostatečná, dosahuje od 10MB/s do 1000 MB/s jak po kroucené dvoulince, tak také po optickém vláknu. Cena rozhraní i kabeláže je díky jejímu rozšíření nízká.

Jednou z mála nevýhod je vyšší zátěž CPU. Na rozdíl od rozhraní USB3 zde není tak spolehlivá schopnost Plug&Play. Tyto kamery jsou vhodné pro většinu běžných aplikací strojového vidění, kde není vyžadována extrémně vysoká rychlost a nevadí vyšší zátěž CPU.

USB3

USB je sériové rozhraní, v prvopočátcích zamýš¬lené jako alternativa k RS-232 pro připojování lokálních zařízení k PC. Výhodou USB3 standardu je snadné Plug&Play připojení zařízení a jeho velká propustnost. Nerovná se sice rychlostí rozhraní CamLink, ale pro většinu průmyslových aplikací je 350MB/s dostačující. Stejně jako u GigE byl vyvinut protokol USB3 Vision, díky čemuž lze kamery bez problému použít v real-time aplikacích a je lepší kompatibilita systémů a kamer od různých výrobců. Není vyloučené ani připojení více kamer do jednoho systému. Cena kamerových systémů založených na tomto rozhraní je relativně nízká, stejně jako cena kabeláže.

Nevýhodou je snad pouze malá maximální délka kabelu, standardně jen 5m. To ovšem nevylučuje využití kamer s USB3 rozhraním v průmyslu, ale i ve vědeckovýzkumných aplikacích.

IEEE1394 - FireWire

Jde o sériové rozhraní, jehož nejznámější modifikace jsou IEEE 1394a s rychlostí do 400 Mb/s a IEEE 1394b s rychlostí do 800 Mb/s. Toto rozhraní je dnes rozšířeno spíše v komerčních videokamerách. V průmyslu se od něj spíše upouští, je nahrazováno vysokorychlostními modifikacemi USB3, které jej svými parametry již překročily. Cena rozhraní i kabeláže je vyšší než u USB3, pro komunikaci je třeba mít v počítači příslušný frame graber, který nebývá standardním vybavením.

Toto rozhraní lze tedy doporučit snad jen v již hotových systémech strojového vidění, kde by jeho náhrada znamenala velké finanční či časové investice.