Kamery przemysłowe - interfejsy

Obecnie na rynku funkcjonuje kilka standardów komunikacyjnych, które pozwalają na szybkie przesyłanie obrazu wysokiej rozdzielczości. Mają one różne parametry, które predestynują je do różnych aplikacji, choć oczywiście istnieje pewien wspólny obszar zastosowań dla wielu z nich. Podstawowe parametry, którymi różnią się omawiane systemy to: przepustowość, maksymalny dystans przesyłu i łatwość konfiguracji.

Camera Link

Oryginalny standard Camera Link powstał w 2000 roku, dzięki nieistniejącej już firmie National Semiconductor. Definiuje on trzy wersje standardu, różniące się przepustowością: 225, 450 i 675 MB/s. Gruby kabel Camera Link zakończony jest 26-pinowym złączem MDR26, a w dwóch z trzech wymienionych wersji standardu konieczne jest zastosowanie dwóch takich kabli podłączonych równolegle. W 2007 roku, wraz z wprowadzeniem wersji Camera Link 1.2, umożliwiono też stosowanie mniejszego złącza: SDR26 oraz przesyłanie prądu zasilającego w tym samym kablu, co sygnał.

Standardowa, dopuszczalna długość przewodów Camera Link wynosi 10 m, ale przy zastosowaniu dobrych kabli i wolniejszych sygnałów zegarowych, możliwe jest osiągnięcie sprawnej komunikacji na odległości do 18, czy nawet 25 m. Standard umożliwia komunikację na jeszcze większe dystanse, ale jedynie przy użyciu odpowiednich repeterów. Interfejs ten wymaga konfiguracji kamery przed jej użyciem i w związku z powyższym będzie najlepszy do zastosowań w niewielkich systemach kamer, wymagających szybkiego, lokalnego przetwarzania obrazu.

GigE Vision

Kolejnym popularnym interfejsem jest GigE Vision, opracowany w 2006 roku. Bazuje on na popularnym protokole IP, dzięki czemu dane z kamer można łatwo przesyłać przez gigabitowe sieci ethernetowe. GigE Vision pozwala na transfer z szybkością do 1000 Mb/s, na odległości rzędu 100 m, a przy zastosowaniu dobrej jakości kabli, w odpowiednim środowisku, nawet na półtora raza większy dystans. Ponadto szybkość tę da się podtrzymać przy użyciu switchy ethernetowych, co ułatwia tworzenie grupowych rejestratorów wideo, które zapisują i przetwarzają dane pochodzące z wielu kamer rozmieszczonych na terenie całego zakładu przemysłowego. Zaletą standardu jest też dostępność protokołu Multicast, który zezwala na przesył obrazu z jednego źródła do wielu odbiorców, bez konieczności transferu każdego z identycznych sygnałów z osobna. Wystarczy, że zostaną one przesłane do najdalszego wspólnego węzła, na którym dopiero switch ethernetowy rozdziela go do wszystkich odbiorców.

Głównym problemem związanym z GigE Vision jest ograniczona przepustowość, która umożliwia na przesył np. monochromatycznego, 8-bitowego obrazu o rozdzielczości VGA przy 300 klatkach na sekundę, ale zapewnienie bogatszej palety barw byłoby już trudne. Na szczęście w ostatnim czasie pojawiły się pierwsze urządzenia obsługujące 10-gigabitową sieć ethernetową, które rozwiązują ten problem. Alternatywnie, możliwe jest zastosowanie techniki agregacji łączy, co pozwala na dzielenie przesyłanych danych pomiędzy dwa równoległe kanały transmisji o przepustowości 1 Gb/s każdy.

Łatwa jest też konfiguracja GigE Vision, gdyż często odbywa się w oparciu o zautomatyzowany protokół DHCP.

Pozostałe standardy

W aplikacjach, w których nawet wydajność najszybszej wersji standardu Camera Link nie jest wystarczająca, można skorzystać z nowego i dosyć zbliżonego pod względem technicznym interfejsu, jakim jest Camera Link HS. Umożliwia on przesył danych z szybkością z zakresu od 300 MB/s do 16 GB/s (w najnowszej wersji specyfikacji). Pozwala też na zasilanie urządzanie za pomocą tego samego kabla, którym przesyłany jest sygnał. Dopuszczalny dystans komunikacji zależy od wybranej szybkości transmisji i nie może przekraczać ok. 40 m.

Dużą wydajnością cechuje się też konkurencyjny standard CoaXpress, działający w oparciu o kable koncentryczne. W zależności od wersji, obsługuje on połączenia o przepustowości od 1,2 Gb/s do 6,25 Gb/s, na maksymalnym dystansie od 212 m (w przypadku najwolniejszej wersji) do 68 m (dla wersji najszybszej). Istnieje możliwość agregacji do 4 łączy o najwyższej szybkości, co pozwala na dystansie 68 m uzyskać przepustowość rzędu 25 Gb/s.

Nie da się ukryć, że duże nadzieje budzi bardzo popularny standard komputerowy, jakim jest USB 3.0. Jego teoretyczna przepustowość wynosi 4,8 Gb/s, ale jedynie na dystansie do około 3 m. Niemniej umożliwia też ograniczone zasilanie kamery. Jest kompatybilny wstecz z interfejsem USB 2.0, w który wyposażone są najtańsze kamery. Interfejs ten, choć teoretycznie szybszy od FireWire, w praktyce był często bardziej zawodny niż IEEE1394. Warto dodać, że na rynku da się znaleźć także produkty obsługujące nowszą wersję FireWire: IEEE1394b, której maksymalna przepustowość wynosi 800 Mb/s, na dystansie do około 5 m.