Was ist GigE Vision?

Ende der 1990er Jahre erstellte die AIA einen Kamera-Schnittstellenstandard auf der Basis von Channel Link, einem Parallelbus, der speziell für die Displays von Laptop-Computern entwickelt worden war. Durch die Festlegung eines Standardkabels und -Verbindungssteckers kombiniert mit einigen standardisierten Signalzuweisungen war der CameraLink-Standard geboren. Etwa zur gleichen Zeit entsprachen IEEE-1394 Firewire-Kameras einem digitalen Kamera-Schnittstellenstandard namens DCAM, heute allgemein eher bekannt als IIDC. Der DCAM (IIDC)-Kamera-Schnittstellenstandard ging insofern weiter als der CameraLink-Standard, als er nicht nur eine standardisierte Hardware-Schnittstelle definierte, sondern auch eine standardisierte Software-Steuerschnittstelle, wodurch DCAM-kompatible Firewire-Kameras zu echten Plug & Play-Geräten wurden. Bis heute haben diese beiden Schnittstellen den industriellen Kameramarkt dominiert.

Inzwischen ist jedoch ein neuer Schnittstellenstandard aufgetaucht, der den industriellen Kameramarkt wohl sehr schnell erobern wird. Der neu herausgebrachte AIA GigE Vision-Standard für Gigabit-Ethernet-Kameras ist heute Stand der Technik bei Schnittstellen für Hochleistungskameras im Bereich Machine Vision.

GigE oder Gigabit Ethernet ist die neueste Ethernet-Generation. Jeder kennt Ethernet als die übliche Art und Weise der Verbindung eines Computers mit einem Netzwerk. Standard Ethernet hat eine maximale Datenübertragungsrate von 10 Megabits pro Sekunde (Mbit/s) und Fast Ethernet eine maximale Übertragungsrate von 100 Mbit/s – aber Gigabit Ethernet ist noch schneller und sendet mit 1000 Mbit/s. Standard Ethernet und Fast Ethernet sind zu langsam, um unkomprimierte Bilddaten zu streamen, und viel zu langsam für Machine-Vision-Kameras. Gigabit Ethernet (GigE) mit einer maximalen Übertragungsrate von 1000 Mbit/s oder 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) wird jedoch mit Streaming-Bilddaten fertig und sorgt für eine zuverlässige Übertragung von Bilddaten aus hochleistungsfähigen Machine-Vision-Kameras wie etwa die GE-Serie von Prosilica.

Der von der AIA entwickelte GigE Vision-Standard ist ein neuer Schnittstellenstandard für hochleistungsfähige Machine-Vision-Kameras. GigE (Gigabit Ethernet) ist lediglich die Netzwerkstruktur, auf der GigE Vision aufbaut. Der GigE Vision-Standard umfasst sowohl einen Hardware-Schnittstellenstandard (Gigabit Ethernet) und Kommunikationsprotokolle als auch standardisierte Kommunikations- und Steuerungsarten für Kameras. Die GigE Vision-Kamerasteuerungsregister basieren auf einer Befehlsstruktur namens GenICam, die von der European Machine Vision Association (EMVA) verwaltet wird. GenICam richtet eine allgemeine Kamera-Steuerschnittstelle ein, damit Fremdanbieter-Software mit den Kameras verschiedener Hersteller ohne weitere Anpassungen kommunizieren kann. GenICam ist ein Bestandteil des GigE Vision-Standards. GigE Vision ist analog zum DCAM (IIDC)-Standard von Firewire, ist äußerst hilfreich bei der Verringerung der Kosten für die Systemintegration und erhöht die Benutzerfreundlichkeit von Machine Vision-Systemen.

GigE Vision ist deshalb so interessant, weil es viele Features bietet, die bisher über eine einzelne Kameraschnittstelle nicht verfügbar waren. Die vorteilhafte Kombination aus hohen Übertragungsraten (erforderlich für Video- oder Imaging-Anwendungen mit unkomprimierten Daten), standardmäßiger Computerschnittstellen-Hardware, kostengünstiger Verkabelung und weiter Verbreitung machen Gigabit Ethernet zu einer attraktiven Schnittstellenoption für Machine-Vision-Kameras. Mit der Entstehung von GigE Vision, einem standardisierten Kamera-Kommunikationsprotokoll der Advanced Imaging Association (AIA), wird GigE sogar noch interessanter. Im Folgenden werden einige der überzeugenden Vorteile von GigE Vision-kompatiblen Kameras beschrieben:

Gigabit Ethernet-Ports für PCs und Laptops erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, sodass keine speziellen Schnittstellenkarten oder teure und komplizierte Framegrabber erforderlich sind, um eine GigE Vision-Kamera zu verwenden.

GigE bietet ausreichend hohe Bandbreiten zur Übertragung unkomprimierter Bilddaten von der Kamera zum Host-Computer in Echtzeit und zwar mit Geschwindigkeiten, welche die Anforderungen der meisten industriellen Machine-Vision-Anwendungen übersteigen. Diese Tatsache macht komplexe und teure Schnittstellen wie CameraLink überflüssig.

Gigabit Ethernet bietet eine hochleistungsfähige Kameraschnittstelle zur Übertragung von Steuerungs- und Bilddaten über lange Kabellängen (bis zu 100 Meter) unter Verwendung kostengünstiger CAT5e- oder CAT6-Kabel. Solche Kabellängen sind mit CameraLink, Firewire oder USB nicht immer möglich.

GigE Vision ist kompatibel mit standardmäßiger Gigabit Ethernet-Hardware und ermöglicht die Vernetzung von Kameras. Dies ist bei Anwendungen, die mehrere Ansichten erfordern, besonders praktisch und ermöglicht zudem ganz neue Machine-Vision-Anwendungen in Intelligent Traffic Systemen (ITS) und bei bildgebenden Anwendungen im Bereich öffentliche Sicherheit.

GigE Vision-Kameras wie die von Prosilica Inc. sind in der Lage, die Bilddaten gleichzeitig an mehrere Computer zu senden, damit Bildverarbeitungslast auf verschiedene Computer verteilt werden kann.

CAT5e- oder CAT6-Ethernetkabel können unter Verwendung kostengünstiger Kabel und Werkzeuge ganz einfach vor Ort hergestellt werden. Das ist besonders praktisch bei Außeninstallationen, bei denen Kameras auf Pfosten oder an Gebäuden angebracht werden müssen, und wo das Kabel den Anforderungen des Standorts entsprechend verlegt werden muss.

Der neue GigE Vision-Standard ist benutzerfreundlicher als andere verbreitete Kameraschnittstellen.

10GigE bietet Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s, was bedeutet, dass sogar beim Einsatz mit Kameras für Hochgeschwindigkeitsanwendungen keine parallelen Schnittstellen wie CameraLink mehr erforderlich sind.

Wie unterscheiden sich GigE Vision-Kameras von anderen Gigabit Ethernet-Kameras?

Es gibt schon seit einiger Zeit eine Reihe von Ethernet- und Gigabit Ethernet-Kameras, allerdings handelt es sich bei diesen Kameras um eine völlig andere Spezies als den neuen GigE Vision-Kameras. Bisher benötigten Ethernet-Kameras einen eingebauten Computer zur Verwaltung des Ethernet-Datenstroms. Diese integrierten Computer fassen die Bilddaten in der Kamera zu Paketen zusammen und versenden die Daten dann in komprimierter Form an einen Host-Computer, in der Regel nicht in Echtzeit. Dieser Ansatz war für intelligente Kameras geeignet, die normalerweise keine unverarbeiteten Bilddaten senden, aber einen eingebauten Computer verwenden, um ein Bild zu analysieren und anschließend nur Daten über das Bild anstatt das Bild selbst senden. Wegen geringer Übertragungsgeschwindigkeiten und hohem Stromverbrauch waren diese Kameras für Machine-Vision-Anwendungen in der Regel nicht geeignet. GigE Vision ist ganz anders.

GigE Vision-Kameras wie die Kameras der GE-Serie von Prosilica sind speziell darauf ausgelegt, den Datenfluss dedizierter Hardware zu bewältigen und liefern einen sehr hohen und stabilen Datendurchsatz in einer Form, die sehr leicht zu verwenden und steuern ist.

Prosilica bietet derzeit eine ganze Serie von CCD- und CMOS-Machine-Vision-Kameras, die dem GigE Vision-Standard entsprechen und ein bisher nicht gekanntes Maß an Benutzer- und Integrationsfreundlichkeit mit sich bringen.

RAUSCHER, Olching

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