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Kompatibel im Bilde

Neuer Standard mit viel Leistungsreserve
Kompatibel im Bilde

Die Echtzeit-Bildverarbeitung bedingt in der Praxis die vollständige Kontrolle der Ablaufsteuerung von der Bildgewinnung, dem Datentransfer zwischen den Komponenten und der Auswertung. Viele anspruchsvolle Vision-Applikationen erfordern den extrem schnellen und sicheren Umgang mit großvolumigen Bilddaten unterschiedlicher Kameras mit unterschiedlichen Formaten gleichzeitig.

Alfred Bozem, Technical Manager, Pulnix

Der CameraLink Standard unterstützt neben der Bildübertragung von der Kamera zum Frame-Grabber auch eine bidirektionale Kommunikation (Kamerasetup) und weitere Steuerleitungen für den synchronen oder asynchronen Betrieb. Er definiert die komplette Übertragung einschließlich einheitlichem Stecker und dessen Pinbelegung und ist damit ein klarer Schritt in Richtung Plug & Play.
Fortschrittliches Vision erfordert mehr Leistung
Ausgangspunkt und Schlüssel jeder sicher und effizient arbeitenden industriellen Bildverarbeitung ist die Qualität des Videobildes. Viele Vision-Applikationen lassen sich nur über die verschiedenen Aspekte höherer Bildqualität realisieren oder können die Anwendung oft wesentlich vereinfachen.
Megapixelkameras bieten eine höhere Auflösung und Messgenauigkeit. Gegenüber einer Kamera mit normaler Auflösung erhöht sich die Flexibilität in der Applikation durch Erfassung größerer Bauteile bei gleicher Messgenauigkeit. Deshalb werden unter anderem zunehmend Megapixelkameras eingesetzt. Um feinste Merkmale unterscheiden zu können, eignen sich vor allem Kameras mit 10 Bit Grauwertauflösung (1024 Graustufen gegenüber allgemein 256) für viele anspruchsvolle Anwendungen. Stößt die Graubildanalyse an die Grenzen ihrer Möglichkeiten, kann die Farb-Bildverarbeitung durch ihre RGB 24 Bit Auflösung auch noch feinste Farbnuancen als Merkmale eindeutig erkennen. Schnellere Qualitäts- und Automatisierungsaufgaben benötigen Kameras mit höheren Bildfrequenzen. Alle diese Anforderungen ergeben ein rasantes Anwachsen der Bilddaten, die in Echtzeit zu bewältigen sind. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt ist die Kamerakompatibilität mit ihrer hohen Bedeutung für die Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und Investitionssicherheit von Vision Applikationen.
Anspruchsvolle Vision-Applikationen
Bereits eine einzige Farbkamera mit 24-Bit per Pixel und 25 MHz Clockfrequenz benötigt eine Bandbreite von 75 MByte/s Übertragungsleistung. Das Bildformat muss durch synchrone Signale (Pixelanzahl/Zeile und Zeilenanzahl/Bild) definiert werden. Digitale Videoquellen stellen unterschiedliche Datenformate (8 Bit, 10 Bit, 2 x 8 Bit oder 24 Bit) zur Verfügung. Die Übertragung durch den derzeitigen Standard EIA-422 oder EIA-644 (LVDS) erfordert für jedes Format jeweils ein individuelles Verbindungskabel für den Datentransfer zwischen der Kamera und dem Frame-Grabber. Sämtliche Komponenten Hersteller zeichnen sich bisher durch eine besondere Anschlussstecker-Bestückung mit individueller Anschlussbelegung aus. Der Datentransfer von der Video Quelle über den seriellen Bus IEEE 1394 (Firewire) mit direktem Anschluss an einen PC ist ein gutes Konzept, um Systemeinheiten einfacher zu gestalten und dem Anschluss-Chaos entgegen zu wirken. Allerdings mit der starken Einschränkung von nur 25 MByte/s Bandbreite und mit ungenügendem asynchronen Handling für den Mehrkamera Echtzeitbetrieb.
Neuer Standard sprengtviele Fesseln
Unter der Leitung von Pulnix America Inc. haben führende Komponenten-Hersteller für die industrielle Bildverarbeitung nun einen neuen einheitlichen Schnittstellen Standard definiert.
Folgende Firmen haben sich aktiv beteiligt und werden den CameraLink Standard mit entsprechenden Komponenten unterstützen: Basler, Cognex, Coreco, Dalsa, Data Translation, Datacube, EPIX, Euresys, Forsight Imaging, Integral Technologies, Matrox, National Instruments und Pulnix America. Die Bezeichnung CameraLink ist durch Pulnix America Inc. geschützt.
Alle Firmen, deren Produkte zu diesem neuen Standard hundert Prozent konform sind, dürfen den Namen CameraLink lizenzfrei verwenden (auch weitere Mitbewerber). Die ehrliche Selbstkontrolle wird erwartet.
Die Problemlösung beschreibt Alfred Bozem, Technical Manager bei Pulnix: „Videokameras mit integriertem CameraLink Standard und Frame-Grabber mit entsprechendem Standard sprengen die Fesseln der gegenwärtig nicht existierenden Kompatibilität und bilden die aussichtsreichste Bildverarbeitungsplattform für die nächsten Jahre. Durch ein CameraLink Standardkabel in unterschiedlichen Längen kann jetzt ein 28 Bit breiter Bilddatenstrom von 1,848 GBit/s beziehungsweise 231 MByte/s (2 u PCI Bus) auf Distanzen übertragen werden. Der gesamte Verkabelungswust vergangener Jahre kann entfallen, denn mit einem einzigen Standardkabel und gleichem Stecker an beiden Kabelenden können unterschiedliche Bildformate, zum Beispiel 1 x 8 Bit, 1 x 10 Bit, 2 x 8 Bit oder 3 x 8 Bit an Frame-Grabber verschiedener Hersteller pinkompatibel übertragen werden.“
Der Technologieführer bei Interline-Progressive-Scan-Kameras ist auch hier einmal mehr der Initiator und erste Anbieter solcher Kameras. Die Sender und Empfänger Bausteine von National Semiconductor (Channel Link) bilden die Grundlage für den Datenaustausch des CameraLink und haben sich im Computerbereich (Flachbildschirme im Laptop) und in der Telekommunikation weltweit in breiter Anwendung bewährt. Die neuesten lieferbaren Channel Link-Bausteine erschließen bereits die Leistung von bis zu 5,4 GBit/s.
Die durch den Channel Link um ein Vielfaches kleineren 26poligen Steckverbinder minimieren ihrerseits die Systemkomponenten bei Frame-Grabbern und steigern dadurch erheblich die Sicherheit des physikalischen Kontaktes. Gegenüber bisherigen individuellen Lösungen mit 48 bis zu hundertpoligen Steckern ist das ein erheblicher Vorteil. Umrüstungen bestehender Applikationen an neue Anforderungen können schneller und einfacher erfolgen.
Bei regelrechter Leistungsexplosion in der Datenübertragung werden die Systeme mit dem neuen Standard dadurch deutlich universeller, einfacher, flexibler und wesentlich zuverlässiger. Das Prinzip des Channel Link (von National Semicoductor) beruht darauf, dass im DS90CR283-Transmitter die 28-Bit-CMOS/TTL-Signale in vier LVDS (Low Voltage Differential Signaling)-Kanäle bitseriell aufgeteilt werden. Im anschließenden Verstärker fließt der LVDS-Datenstrom wieder in 28-Bit-CMOS/TTL-Signale zusammen. Der Channel Link ist kompatibel zum EIA-644-LVDS-Standard, sollte aber entsprechend seiner wesentlich höheren Leistungsdaten nicht damit verwechselt werden. Für die Anwender industrieller Bildverarbeitung ist es wichtig, dass die führenden Komponenten-Hersteller sich an diesem Konzept des neuen Standards beteiligen.
Dazu bemerkt Herr Bozem: „Unmittelbar im Anschluss an die CameraLink Normierungsgespräche unter der Mitwirkung namhafter Produkthersteller für die industrielle Bildverarbeitung erfolgte die Markteinführung dieser Produkte. Damit wird der neue Standard die Bildverarbeitung in der ganzen Breite nachhaltig beeinflussen.“
Mehr Leistung auf kleinstem Raum
Das bietet wesentlich mehr Flexibilität in den Vision-Applikationen. Die Leistungsexplosion der neuen Videokamera-Generation mit integriertem CameraLink Standard bietet viele neuartige Fähigkeiten und erschließt viele komplexere Aufgaben und Applikationen. Das gilt für alle Anwendungsbereiche wie High-speed, Megapixel für höchste Präzision, feinste Detektion durch 10-Bit Grauwertauflösung, hochauflösendes 24-Bit Color-Vision bis hin zum absolut synchronen Einsatz mehrer Megapixel-Kameras. Hinzu kommt der wichtige Aspekt der Investitions- und Zukunftssicherheit durch die problemlose Kompatibilität, wobei die hohen Datenleistungen bereits die zukünftige Generation von 64-Bit PCI-Bussystemen erschließen.
Alfred Bozem: „Die ersten Progressive-Scan-Color-Kameras mit integriertem CameraLink Standard sind unsere TMC-6700 CL mit einer Clockfrequenz von 25 MHz und 24 Bit per Pixel Farbtiefe sowie einer Bildfrequenz von bis zu 60 Frames/s sowie die Megapixelkamera TMC-1000 CL mit bis zu 15 Frames/s. Beide haben eine Farbtiefe von 24 Bit und einen eigenen Echtzeit-Digital-Color-Prozessor. Von großer Bedeutung ist dabei die hohe Dynamik des CCD-Chips, welcher feinste Farbnuancen auflösen kann.“
Auch die neue Familie von Progressive Scan Kameras TM-1020 CL, TM-1320 CL und TM-2016 CL in Megapixelauflösung mit interner 10 Bit Grauwertauflösung sind mit Camera Link lieferbar. Ihre kompakte Bauweise in den Abmessungen 44 x 44 x 64 mm (BHL) und das Gewicht von nur 173 g bieten einen flexiblen Einsatz unter beengten Verhältnissen. Die geringe Masse und hohen Leistungsdaten prädestinieren die Kameras für viele Anwendungen im Roboting und Handling. Die integrierte PLL Technologie erschließt sogar den absolut zeitgleichen Bildeinzug von drei Kameras. Durch ihre patentierte Gamma-Knieansteuerung (LUT look-up-tabel, 10 Bit input 8 Bit output) arbeitet sie unter schwierigen Kontrast- und Lichtverhältnissen äußerst präzise. Herausragend ist die hohe Dynamik des Imager von 55.000 Elektronen/Pixel.
Einzigartig unter den Visionkameras ist zum Beispiel auch die hochauflösende TM-6710 Progressive Scan Kamera mit 120 Vollbildern/s oder sogar 350 B/s im Modus des „partial-scan“. Das erschließt präzises High-speed Vision für sehr schnelle industrielle Prüf- und Automatisierungsaufgaben. Auch diese bereits bewährte Kamera ist als CameraLinkVersion vorgesehen.
Alle aktuellen Spezifikationen der teils kurzfristig lieferbaren Palette von Pulnix Kameras mit CameraLink findet man unter www.pulnix.com oder www.pulnix.de. Ein direkter Link der offiziellen Definition des CameraLink steht unter http://www.pulnix. com/CameraLink5.pdf sofort als Download zur Verfügung.
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