Komunikačné rozhrania

Komunikačné rozhrania sprostredkovávajú prenos obrazových dát medzi kamerou a systémom strojového videnia. Pri voľbe vhodného rozhrania (resp. kamery, komunikujúcej cez určité rozhranie) je potrebné brať do úvahy maximálnu priepustnosť rozhrania, maximálnu možnú dĺžku kabeláže, počet kamier, ktoré je možné využívať zároveň, možnosť pripojenia zariadenia spôsobom Plug&Play alebo iste dôležitá schopnosť snímať a prenášať dáta v reálnom čase. V nasledujúcom prehľade sú najčastejšie používané rozhrania. Popíšeme ich prednosti i nedostatky a vhodnosť pre vybrané aplikácie strojového videnia.

Camera Link

Camera Link je rozhranie, ktoré bolo vyvinuté priamo pre potreby prenosu obrazu. Používa sérioparalelný prenos dát. Najjednoduchšia konfigurácia (Base) má k dispozícii tri multiplexované osembitové paralelné kanály (obvykle použité pre RGB), príslušné kanály pre riadiace a synchronizačné signály i pomocné sériové rozhranie pre nastavenie kamery. Existuje i konfigurácia Medium a Full s dvojnásobnou a trojnásobnou kapacitou prenosu dát. Teoretická komunikačná rýchlosť rozhrania CameraLink je 2,38 Gb/s, zodpovedajúca šírke dátového kanálu 297,5 MB/s.

Vďaka tomu, že je toto rozhranie používané už dlhú dobu, je jednoduché a zároveň veľmi spoľahlivé. Veľkou výhodou tohto rozhrania je veľmi vysoká dátová priepustnosť. Zaujímavá je i možnosť napájania a komunikácie s kamerou po jednom kábli.

Medzi nedostatky naopak patrí to, že je nutné inštalovať komunikačný adaptér (frame graber), lebo PC obvykle nemá CameraLink medzi štandardnými rozhraniami. Cena zariadenia pre CameraLink komunikáciu je vyššia než u ostatných rozhraní. Nie je ani možné zariadenie pripojiť či odpojiť za chodu (Plug&Play). Ani pracovná vzdialenosť nie je príliš veľká – maximálna dĺžka kabeláže je 10 m.

Najčastejšie sa toto rozhranie používa v aplikáciách s vysokorýchlostnými kamerami alebo kamerami riadkovými (line scan).

Vysokorýchlostný Ethernet (GigE, gigabit Ethernet)

Označením GigE, vysokorýchlostný Ether¬net, IEEE 802.3ab (variant pre metalické vedenie) je uvádzaný gigabitový Ethernet, ktorý pracuje na rovnakých princípoch ako štandardný Ethernet. Pre prenos obrazových dát bol vyvinutý široko akceptovaný prenosový štandard GigE Vision.

Veľkou výhodou je, že toto rozhranie majú bežne počítače PC a nie je potrebné kupovať a inštalovať žiadny dodatočný hardvér. Je možné zároveň pripojiť viac kamier, ktoré môžu komunikovať i získavať snímky v rovnaký okamžik. Signál je tiež možné previesť na bezdrôtový a vďaka tomu prenášať dáta na veľké vzdialenosti. Maximálna dĺžka kábla je 100 m. Rýchlosť prenosu je pre väčšinu aplikácií strojového videnia dostatočná, dosahuje od 10 MB/s do 1000 MB/s ako po krútenej dvojlinke, taktiež po optickom vlákne. Cena rozhrania i kabeláže je vďaka jej rozšíreniu nízka.

Jednou z mála nevýhod je vyššia záťaž CPU. Na rozdiel od rozhrania USB3 tu nie je tak spoľahlivá schopnosť Plug&Play. Tieto kamery sú vhodné pre väčšinu bežných aplikácií strojového videnia, kde nie je vyžadovaná extrémne vysoká rýchlosť a nevadí vyššia záťaž CPU.

USB3

USB je sériové rozhranie, v prvopočiatkoch zamýšľané ako alternatíva k RS-232 pre pripájanie lokálnych zariadení k PC. Výhodou USB3 štandardu je ľahké Plug&Play pripojenie zariadenia a jeho veľká priepustnosť. Nerovná sa síce rýchlosťou rozhraniu CamLink, ale pre väčšinu priemyselných aplikácií je 350 MB/s dostačujúce. Rovnako ako u GigE bol vyvinutý protokol USB3 Vision, vďaka čomu možno kamery bez problému použiť v real-time aplikáciách a je lepšia kompatibilita systémov a kamier od rôznych výrobcov. Nie je vylúčené ani pripojenie viac kamier do jedného systému. Cena kamerových systémov založených na tomto rozhraní je relatívne nízka, rovnako ako cena kabeláže.

Nevýhodou je snáď iba malá maximálna dĺžka kábla, štandardne len 5 m. To avšak nevylučuje využitie kamier s USB3 rozhraním v priemysle, ale i vo vedeckovýskumných aplikáciách.

IEEE1394 - FireWire

Ide o sériové rozhranie, ktorého najznámejšími modifikáciami sú IEEE 1394a s rýchlosťou do 400 Mb/s a IEEE 1394b s rýchlosťou do 800 Mb/s. Toto rozhranie je dnes rozšírené skôr v komerčných videokamerách. V priemysle sa od neho skôr upúšťa, je nahradzované vysokorýchlostnými modifikáciami USB3, ktoré ho svojimi parametrami už prekročili. Cena rozhrania i kabeláže je vyššia než u USB3, pre komunikáciu je potrebné mať v počítači príslušný frame graber, ktorý nebýva štandardným vybavením.

Toto rozhranie možno teda odporučiť snáď len v už hotových systémoch strojového videnia, kde by jeho náhrada znamenala veľké finančné či časové investície.