Skript zur Vorlesung Technische Bildverarbeitung Prof. Dr.

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Skript zur Vorlesung Technische Bildverarbeitung Prof. Dr.-Ing. Reiner Dudziak
2.6 Bildübertragung
Dieses Skript ist eine Ergänzung zu der Vorlesung “Technische Bildverarbeitung“.
Es ist kein Lehrbuch.
Dieses Skript darf ausschließlich als begleitendes Lehrmittel für die Vorlesung
genutzt werden.
Andere Nutzungen sind mit den Verfassern abzuklären.
Vervielfältigung, Übersetzungen, Mikroverfilmung und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen
Systemen (auch auszugsweise) ist nur nach Rücksprache und mit Erlaubnis der Verfasser zulässig.
In diesem Skript werden Produkte einzelner Firmen als Beispiel verwendet. Die Auswahl dieser Produkte stellt keine
Bewertung dar, sondern erfolgte ausschließlich nach didaktischen Gesichtspunkten.
Die angegebenen Preise sind als Orientierungshinweis zu sehen.
Bei Fragen, Kritik, Verbesserungsvorschlägen :
Dipl.-Ing. Dirk Mohr
Raum C2 – 05
Tel.: 0234 – 3210454
email: dirk.mohr@hs-bochum.de
Bochum, den 30.09.2010
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90
2.6 Bildübertragung
Zur Übertragung der Bilddaten von einem bildgebenden System (hier i.d.R. eine Kamera) zu einer Verarbeitungseinheit
(Rechner) werden unterschiedliche Schnittstellen bzw. Verfahren genutzt. Im Folgenden werden die Eigenschaften
dieser Schnittstellen beschrieben und ein Vergleich in acht Kategorien durchgeführt.
Durchsatz:
Geschwindigkeit mit der Daten über die Schnittstelle übertragen werden können
Effektive Kosten:
Gesamtpreis für die Komponenten (Kamera, Kabel, Bilderfassungskarte ...)
Kabellänge:
Maximal mögliche Entfernung zwischen der Kamera und dem Rechner ohne
Leistungsverstärker
Standardisierte Schnittstelle:
Maßstab für die einfache Benutzung und zukünftige mögliche Erweiterbarkeit
Stromversorgung über das Kabel: Möglichkeit über ein einziges Kabel (mehradrig !) die Kamera mit Spannung zu
versorgen und die Bilddaten zu übertragen
Kameraverfügbarkeit:
Maßstab für die Anzahl der am Markt verfügbaren Kameras, die Dauer der
bisherigen Verfügbarkeit der Schnittstelle und die allgemeine Verbreitung des
Standards in der industriellen Bildverarbeitung
Prozessorauslastung:
Belastung des Systemprozessors bei der Bilderfassung
I/O-Synchronisation:
Einfachheit mit der eine mögliche Triggerung und die gesamte Kommunikation
realisiert werden kann
Die Systematik der Kategorien und Inhalte der Beschreibung wurden aus dem Tutorium “Auswahl der geeigneten Kameraschnittstelle für Ihr
Bildverarbeitungssystem“, 2007, National Instruments entnommen
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91
2.6.1 Analoge Bildübertragung
Bei der analogen Bilddatenübertragung werden die Bilddaten als Spannungssignal über Koaxialkabel übertragen.
Die digitalen Pixeldaten (Grauwerte) werden nach der Datenübertragung durch Abtastung aus dem Analogsignal
gewonnen.
Die analoge Datenübertragung nutzt dieselben Videoformate, die von Fernsehstationen zur weltweiten Übertragung von
Videosignalen eingesetzt werden.
Standard
Typ
Bildgröße (Pixel) Bildgeschwindigkeit
(Bilder / s)
Zeilenrate
(Zeilen / s)
NTSC
PAL
RS170
CCIR
Farbe
Farbe
S/W
S/W
640 * 480
768*576
640*480
768*576
15,734
15,625
15,750
15,625
Abb. 2.6.1.1 Analoges Videosignal, Codierung und Dekodierung
29,97
25,00
30,00
25,00
auch EIA, 60 Halbbilder / s 525 Zeilen
50 Halbbilder / s, 625 Zeilen
Abb. 2.6.1.2 CCIR - Signal
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92
Durchsatz: Analogkameras eignen sich für Anwendungen mit niedriger bis mittlerer Bandbreite. Der Datendurchsatz beträgt
bei der Übertragung von 1 Byte / pe, 768 * 576 pe und 25 fps ca. 11 MByte / s.
Kosteneffizienz: Da es analoge Kameras schon seit ca. 50 Jahren gibt und sie zahlreich im Einsatz sind, sind sie mit gutem bis sehr gutem
Preis- Leistungsverhältnis verfügbar. Analoge Kameras, die kein Standardformat für die Bildübertragung verwenden (z.B. Progressive Scan)
zeigen i.d.R. ein deutlich höheres Preisniveau.
Für die Digitalisierung der analogen Bildsignale wird eine sog. Bilderfassungskarte (Framegrabber) benötigt. Diese
sind in sehr unterschiedlichen Ausstattungen, Leistungsmerkmalen und Preisklassen verfügbar.
Kabellänge: Abhängig von den Anforderungen an die Bildqualität und die Funktionalität der Datenübertragung ist die Verkabelung analoger
Bildverarbeitungssysteme einfach bis komplex. Für die ‘einfache‘ Bildübertragung reicht oftmals eine Koaxialkabel aus. Werden aber noch
weitere Daten ausgetauscht (Trigger, Pixelclock ...) oder sind größere Störeinflüsse zu erwarten wie z.B. EMV – Störungen sind oftmals spezielle
und damit teure Kabel- und Steckverbindungen zu verwenden.
Standardisierte Schnittstelle: Bei Verwendung der Standardformate für die Bilddatenübertragung gegeben. Bei Verwendung nicht
standardkonformer Systeme oder erweiterter Funktionalität (z.B. Konfiguration) nicht gegeben und oftmals kaum realisierbar.
Stromversorgung über das Kabel: Die Stromversorgung ist nicht über das Bilddatenkabel möglich. Deshalb werden weitere Kabel oder
spezielle mehradrige Kabel und Steckverbinder (z.B. HIROSE) verwendet.
Kameraverfügbarkeit: Obwohl die Verwendung analoger Bilddatentechnik in der industriellen Bildverarbeitung rückläufig ist, sind analoge
Kameras in ausreichender Varianten- und Stückzahl verfügbar.
Prozessorauslastung: Die Bilddaten werden von der Bilderfassungskarte meist per DMA – Transfer in den Rechnerspeicher übertragen. Der
Prozessor wird dabei kaum belastet.
I/O – Synchronisation: Einige analoge Kameras für die industrielle Bildverarbeitung verfügen über Funktionen wie asynchroner Reset und
zusätzliche digitale Ein- und Ausgänge. Darüber hinaus stellt der benötigte Framegrabber noch weitere I/O-Kanäle zu Verfügung, die zur
Kommunikation mit anderen Komponenten verwendet werden können. Leider gibt es für analoge Kameras keinen Standard, um Kameraattribute
wie Belichtungszeit, Verstärkung oder Verschlusszeit per Software zu parametrieren. Diese Funktionen müssen teilweise noch mit DIP-Schaltern
eingestellt werden.
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2.6.1.1 Beispiel für eine analoge Kamera, die JAI A1
22 MByte / s
Kapitel 2.6 Seite
Abb. 2.6.1.3 Analoge Kamera JAI A1
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2.6.1.2 Beispiel für einen analogen Framegrabber, der TIS DFG-SV1
Betriebstemperatur : -5 ... 45 0 C
Softwareunterstützung :
Gerätetreiber WDM Stream Class,
.Net, Active X, C++ Class Library
Preis : ca. 200 EUR
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Abb. 2.6.1.4 Framegrabber TheImagingSource DFG-SV1
95
2.6.1.2 Beispiel für einen analogen Framegrabber Matrox Imaging Odyssey XA
“Intelligenter“ Framegrabber mit G4 PowerPC (frei programmierbar)und Matrox Oasis Pixel Accelerator
(in HW vorprogrammierte Routinen werden sehr schnell (peak 80/100 billionen operations per second
(BOPS)) ausgeführt.
Abb. 2.6.1.5 Framegrabber Matrox Imaging Odyssey XA Blockschaltbild
Quelle : Matrox Electronic Systems GmbH, D-82008 Unterhaching und
RAUSCHER GmbH - Systemberatung für Computer und angewandte Grafik, D-82140 Olching
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Preis:
ab ca. 4000 EUR
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Abb. 2.6.1.6 Framegrabber Matrox Imaging Video Input / Spezifikation
97
2.6.2 Digitale Bildübertragung
Bei der Bilderzeugung in CCD- oder CMOS- Bildwandlern liegen die Ladungen der einzelnen Pixel separat
vor. Die Ladungsmenge ist also einem Pixel bzw. dem entsprechenden ortsdiskreten Ausschnitt des betrachteten
Gegenstands direkt zugeordnet. Zur analogen Datenübertragung werden diese Ladungsmengen einem kontinuierlichem
Datenstrom aufmoduliert. Die pixelgenaue Rückgewinnung der ortsdiskreten Information ist mit erheblichem Aufwand
(Pixelclock) verbunden.
Zur Vermeidung dieses Aufwands, Erhöhung der Datentransferrate und der Datensicherheit und Erweiterung der
Funktionalität wurden und werden digitale Schnittstellenstandards für die Bilddatenübertragung entwickelt.
Die Standards CameraLink, USB, IEEE 1394 (FireWire) und GigE werden im Folgenden beschrieben.
2.6.2.1 CameraLink
CameraLink ist ein Standard der Automated Imaging Association (AIA). Die AIA ist ein Zusammenschluss von namhaften
Unternehmen der Bildverarbeitungsbranche. CameraLink ist eine Entwicklung für die industrielle Bildverarbeitung.
Steckverbinder und Kabel sind entsprechend ausgelegt.
CameraLink ist eine serielle, digitale Hochgeschwindigkeits – Punkt – zu Punkt Verbindung. Maximal zwei Kameras
lassen sich über einen speziellen digitalen CameraLink-Framegrabber mit einem Rechner verbinden. Dabei werden drei
Betriebsarten unterschieden :
Base – Konfiguration:
Medium – Konfiguration:
Full – Konfiguration:
bis zu 255 MByte/s
bis zu 510 MByte/s
bis zu 680 MByte/s
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Durchsatz: Typische CameraLink – Kameras liefern in der Base-Konfiguration 100 MByte/s. Damit lassen sich Bilder mit 1 Megapixel bei 50
FPS erfassen. In der Full-Konfiguration lassen sich 500 Bilder mit einer Auflösung von 1280 * 1024 pro Sekunde an das System übertragen.
CameraLink eignet sich also für Anwendungen mit hohem bis sehr hohem Anspruch an die Bildübertragungsrate. Deshalb ist CameraLink
mittlerweise ein quasi Standard bei Zeilenkamerasystemen.
Kosteneffizienz: Um die hohen Datenraten zu erzielen ist ein hoher Aufwand auf Seiten der Kamera und der Framegrabber
nötig. Die Systeme sind meist teuerer als analoge BV – Systeme. Die Verwendung eines spez. Framegrabbers verursacht zusätzliche Kosten im
Vergleich zu den anderen digitalen Verfahren. Jedoch darf bei der Kostenbetrachtung nicht der hohe Datendurchsatz und die grundsätzliche
Industrietauglichkeit übersehen werden.
Kabellänge: Die bei CameraLink verwendeten Kabel sind bezüglich Aufbau und Belegung standardisiert. Auf der Kamera- bzw.
Framegrabberseite werden jeweils 28 parallele TTL – Signale in vier differentielle Signalpaare (LVDS) konvertiert. Die Kabellänge ist auf
max. 10 m definiert. Für die Base-Konfiguration wird ein Kabel, für die Medium- bzw. Full Konfiguration werden zwei Kabel benötigt.
Standardisierte Schnittstelle: Die CameraLink-Spezifikation definiert einen Standard für Kabel, Anschluss, Signalformat und serielle
Kommunikationsschnittstelle zur Konfiguration und Parametrierung von Kameras. Die Kommunikation ist, im Gegensatz zu IEEE1394 und GigE
nicht festgelegt. Das bedeutet, dass jede CameraLink-Kamera eine spezielle Konfigurationsdatei erfordert. In der Praxis bedeutet dies, dass zu
jeder Kamera eine Liste existiert in der kompatible Grabber aufgeführt sind. Herstellerübergreifende Kamera-Grabber Kombinationen sind evtl.
nur mit erheblichem Aufwand zu realisieren.
Stromversorgung über das Kabel: Bei Base-Konfigurationen kann die Spannungsversorgung über das Standard CameraLink-Kabel erfolgen
(Power-over-CameraLink PoCL). Für die anderen Konfigurationen ist ein separates Kabel erforderlich.
Kameraverfügbarkeit: Grabber und Kameras (bes. Zeilenkameras) sind von fast jedem großen Anbieter verfügbar.
Prozessorauslastung: CameraLink-Grabber transferieren die Bilddaten per DMA in den Speicher des Rechners. Somit wird kaum
Prozessorleistung benötigt.
I/O – Synchronisation: Die speziellen Befehle zur Einstellung von Belichtung, Verstärkung und Offset sind in der Spezifikation nicht
festgelegt. Die Treibersoftware für den Framegrabber muss die kameraspezifischen Befehle kennen. Dies kann durch Konfigurationsdateien
realisiert werden. Die CameraLink – Spezifikation ermöglicht sehr kurze Triggerzeiten und hochgenaue Synchronisationen. Eine Plug-and-PlayKompatibilität ist nicht gegeben.
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99
2.6.2.1.1 Beispiel für eine CameraLink – Kamera, die Basler A400
Kapitel 2.6 Seite
Abb. 2.6.2.1 CameraLink Kamera Basler
Basler AG, An der Strusbek 60-62, 22926 Ahrensburg
100
Preise
A402k : 5480 ,- EUR
A402kc : 5880 ,- EUR
(Stand 2008)
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101
2.6.2.1.1 Beispiel für einen CameraLink – Framegrabber, der Coreco Imaging X64CL
Preis: ca. 930,- EUR (iPRO, Okt. 2007)
Abb. 2.6.2.2 CameraLink Framegrabber Coreco Imaging X64CL
DALSA, Breslauer Str. 34, 82194 Gröbenzell (Munich)
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102
2.6.2.2 USB
Für den Verbrauchermarkt entwickelt, hat dieser Bus auch im Industriemarkt seinen Platz gefunden. Durch die große
Verbreitung von USB – Schnittstellen ist eine Anschlussmöglichkeit an verschiedene Rechnersysteme ohne spez.
Framegrabber gegeben. Obwohl USB – Komponenten für unterschiedliche Aufgabenstellungen z.B. HUB‘s in zahlreichen
Ausführungen vorhanden sind, sollte bedacht werden, dass im industriellen Umfeld Anforderungen gestellt werden, die
durch Komponenten aus dem Office- und Konsumerbereich nicht erfüllt werden können.
Abb. 2.6.2.3 USB – Komponenten zum Einsatz im industriellen Umfeld
HUB im Metallgehäuse, schleppkettentaugliches Kabel mit kameraseitiger Fixierung
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Durchsatz: Ab der Version 2.0 bietet USB eine Bandbreite von ca. 40 MByte/s (USB 2.0) bzw. 400 MByte/s (USB 3.0).
Kosteneffizienz: Die Kosten für einen speziellen Framegrabber entfallen. Auf der Kameraseite kann bei der Schnittstelle teilweise auf
vorhandene Komponenten (Webcam) zurückgegriffen werden. Dies macht USB zu einer preiswerten Schnittstelle für die digitale
Bilddatenübertragung. Die Realisierung von industrietauglichen Lösungen kann durch die nötige Verwendung spezieller Komponenten oder
spezieller Maßnahmen die Kosten deutlich erhöhen.
Kabellänge: Es sind (eingeschränkt) industrietaugliche Kabel bis zu einer Länge von 10m verfügbar (max. Kabellänge nicht spezifiziert
voraussichtlich erreichbare Längen USB 2.0 3m und USB 3.0 3m). Größere Kabellängen sind durch Repeater und Hub‘s realisierbar. Hierbei
muss aber die Industrietauglichkeit beachtet werden.
Standardisierte Schnittstelle: Für die industrielle Bildverarbeitung fehlt z.Zt. jegliche Spezifikation. Jeder Anbieter muss sein eigenes
Hard- und Softwaredesign implementieren. Das ist aufwändig und erschwert dem Anwender die Komponentenauswahl.
Stromversorgung über das Kabel: USB liefert Strom über das Kabel. In Abhängigkeit von der Systemkonfiguration sind evtl. externe
Spannungsquellen nötig.
Kameraverfügbarkeit: Webcams sind in großer Anzahl verfügbar. Diese Kameras eignen sich aber i.d.R. nicht für industrielle
Anwendungen. Mittlerweile sind aber auch geeignete Kameras von einigen Anbietern verfügbar.
Prozessorauslastung: Bei der USB – Bilddatenerfassung wird oftmals auf Softwarekomponenten des Betriebssystems (z.B. DirectShow)
zurückgegriffen. Diese Komponenten sind bewährt belasten aber den Prozessor.
I/O – Synchronisation: Da Komponenten des Betriebssystems keine Schnittstelle für Triggerung und Synchronisierung
enthalten, muss diese Funktionalität durch Treiber- und Hardwareerweiterungen des Kameraanbieters realisiert werden
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104
2.6.2.2.1 Beispiel für eine USB – Kamera, die IDS µEye UI-1480-C
Abb. 2.6.2.4 USB Kamera IDS uEye UI-1480-C
IDS Imaging Development Systems GmbH
Dimbacher Straße 6
74182 Obersulm
Abb. 2.6.2.5 USB Kamera IDS uEye UI1220RE
Kamera mit erweiterter Industrietauglichkeit und
IP 65 bzw. 67
Dimbacher Straße 6
74182 Obersulm
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105
Preis: ca. 900,- EUR (Okt. 2007)
Abb. 2.6.2.5 Spezifikation der USB Kamera IDS uEye UI-1480-C
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2.6.2.3 Firewire, IEEE-1394
1
Firewire wurde 1995 als IEEE -1394-Spezifikation verabschiedet. IEEE-1394 wird von der Fa. Apple als Firewire und von
der Fa. Sony als iLInk bezeichnet. Firewire wurde direkt für Bildverarbeitungsgeräte (im Konsumerbereich) entwickelt.
Die Geschwindigkeit von IEEE 1394a lag bei 50 MByte / s. In der vorliegenden Spezifikation IEEE-1394b beträgt die max.
Geschwindigkeit 100 MByte / s. Mit DCAM / IIDC existiert ein Protokoll das den Datenaustausch mit IEEE 1394-Kameras
beschreibt. DCAM // IIDC beschreibt außerdem die Parametrierung der Kameras.
Abb. 2.6.2.6 DCAM Standard
Quelle: The Imaging Source Europe GmbH, 28215 Bremen
1
IEEE (gesprochen i-triple-e) ist ein Kürzel für "Institute of Electrical and Electronics Engineers", eine Organisation, die in den USA im Jahre 1884
von einer handvoll Technikern gegründet wurde. Mittlerweile hat das Institut mehr als 320.000 Mitglieder mit Aktivitäten in 147 Ländern.
Das IEEE ist insbesondere im Bereich der Standardisierung aktiv.
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107
Durchsatz: In der Version 1394a 50 (32) MByte/s, in der Version 1394b 100 (64) MByte/s. DCAM gibt verschiedene Videomodi vor. Einige
dieser Modi mit der zugehörigen Busauslastung sind in folgender Tabelle dargestellt.
Abb. 2.6.2.7 Videomodi lt. DCAM und sich ergebende Busbelastung
Quelle: The Imaging Source Europe GmbH, 28215 Bremen
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108
Kosteneffizienz: Firewire Kameras gibt es in verschiedenen Preisklassen. Da (meist) kein spezieller Framegrabber benötig wird
und die Kabel relativ preiswert sind, ist Firewire ein kosteneffizientes Bussystem für die Technische Bildverarbeitung. Im Einzelfall muss die
Industrietauglichkeit der eingesetzten Komponenten geprüft werden.
Kabellänge: IEEE – 1394a: Max. 4,5 m, größere Entfernungen durch z.B. LWL – Umsetzer,
IEEE – 1394b: Über 100m mit Glasfaserkabel oder Kabel der Kategorie 5 (CAT 5).
Standardisierte Schnittstelle: Durch DCAM / IIDC gibt es ein herstellerunabhängiges Protokoll für den Bilddatenstrom und die
Parametrisierung der Kameras. Das erleichtert die Auswahl der Komponenten, die Wartung und den Betrieb von IEEE – 1394 Bussystemen.
Stromversorgung über das Kabel: IEEE 1394 versorgt die Kameras über das Kabel mit Strom. Bei einer größeren Anzahl von Kameras
(Daisy-Chain) oder Verbraucher mit einem höheren Stromverbrauch (> 1.5 A bei 8 ... 30 V) sind zusätzliche Netzteile nötig.
Kameraverfügbarkeit: Da IEEE-1394 seit Jahren als ein Standard in der Technischen Bildverarbeitung
etabliert ist, gibt es entspr. Kameras in großer Variantenvielfalt von diversen Herstellen.
Prozessorauslastung: Da bei IEEE-1394 keine Framegrabber verwendet werden, erfolgt der Bilddatentransfer über die CPU in den
Rechnerspeicher. Die CPU – Belastung ist entsprechend hoch.
I/O – Synchronisation: IEEE-1394 Kameras verfügen i.d.R. über Trigger und Synchronisationsschnittstellen. Die Triggermodi sind durch
DCAM vorgegeben. Für die Prozessankopplung sind kaum Schnittstellenkarten (z.B. 24V-Signale) verfügbar. Hier muss gegebenenfalls auf
andere Komponenten zurückgegriffen werden.
Kapitel 2.6 Seite
109
2.6.2.3.1 Beispiel für eine IEEE1394 – Kamera, die TIS DMK 21BF04
Preis: 350 ,- EUR (Okt. 2007)
Kapitel 2.6 Seite
Abb. 2.6.2.8 IEEE 1394 Kamera TIS DMK 21BF 04, Quelle: The Imaging Source Europe GmbH, 28215 Bremen
110
2.6.2.4 Gigabit Ethernet Vision GigE
GigE Vision ist ein neuer Schnittstellenstandard für die Technische Bildverarbeitung.
Dieser Standard basiert auf dem Gigabit Ethernet Protokoll. Mit GenICam existiert eine standardisierte,
herstellerübergreifende Softwareschnittstelle. Die dabei verwendete Betriebssprache ist XML. Aufbauend auf dem
Kommunikationsprotokoll UDP / IP kommuniziert die Kamera mit dem Host bzw. über Ports mit Applikationen.
Kapitel 2.6 Seite
Abb. 2.6.2.9 GigE Vision im OSI - Modell
Quelle: Basler Vision Technology
111
Durchsatz: Die theoretische maximale Übertragungsrate beträgt bei Gigabit Ethernet 125 MByte/s. Bedingt durch Software-Overhead und
Hardwarebeschränkungen beträgt die max. Übertragungsrate in der Praxis ca. 100 MByte/s.
Kosteneffizienz: Ein Framegrabber wird nicht benötigt. Unter Beachtung der Industrietauglichkeit können Standard Komponenten
genutzt werden. Bei höheren Ansprüchen müssen spezielle, hochpreisige aber verfügbare Komponenten verwendet werden.
Kabellänge: Über 100m evtl. mit Glasfaserkabel, Repeater ...
Standardisierte Schnittstelle: Durch die Automated Imaging Association (AIA) ist mit GigE ein umfassender Standard definiert worden.
Dieser Standard überwindet einige Defizite von Gigabit Ethernet, indem er Plug-and-play-Verhalten, Geräteerkennung, Fehlerbehebung und
sichere Bilddatenübertragung bereitstellt. Zusammen mit GenICam bietet GigE Vision einen Standardisierungsgrad, der mit den
IEEE-1394 Standards vergleichbar ist.
Stromversorgung über das Kabel: Die Stromversorgung ist bei GigE – Kameras über das Ethernetkabel möglich (PoE Power over Ethernet).
Zur Zeit wird oftmals für jede Kamera ist ein separates Kabel für die Stromversorgung verwendet.
Kameraverfügbarkeit: Obwohl der GigE Vision Standard erst im April 2006 verabschiedet worden ist, gibt es eine größere Anzahl
von verfügbaren Kameras. Die Anzahl nimmt ständig zu und wird vermutlich mittelfristig mit z.B. IEEE-1394 vergleichbar sein.
Prozessorauslastung: Die Prozessorbelastung kann beim Datenaustausch über Gigabit-Ethernet sehr prozessorlastig sein.
Durch optimierte Treiber für bestimmte Netzwerkkarten lassen sich Aufgaben wie z.B. das Paketfiltern besser verteilen bzw.
auf speziellen Netzwerkkarten durchführen. Diese Netzwerkkarten stellen dann eine speziellen Synthese von Netzwerkkarte und Framegrabber
dar. Der Einsatz dieser Karten geht natürlich auf Kosten der Standardisierung.
I/O – Synchronisation: Triggerung und Synchronisierung sind wegen der nur begrenzt gültigen Echzeitfähigkeit von Gigabit-Ethernet
besonders bei großen Netzausdehnungen schwierig. Die Kamerahersteller schaffen entsprechende Möglichkeiten an der Hardware oder durch
spezielle Softwaretreiber. Dabei ist es nicht immer möglich, den Standard einzuhalten. Die Prozessanbindung ist durch zahlreich vorhandene
und industrietaugliche Komponenten leicht möglich.
Kapitel 2.6 Seite
112
2.6.2.4.1 Beispiel für eine GigE – Kamera, die DALSA Spyder3
Preise : DALS SG-10-01K40 2200,- EUR, DALS SG-10-01K80 2800,- EUR,
DALS SG-10-02K40 2400,- EUR, DALS SG-10-02K80 3000,- EUR
Abb. 2.6.2.10 GigE – Kamera DALSA Spyder3,
Quelle: DALSA Europe, D-82194 Gröbenzell (Munich) und STEMMER IMAGING GmbH 82178 Puchheim
Kapitel 2.6 Seite
113
2.6.3 Bildübertragung über herstellerspezifische (proprietäre) Schnittstellen
Bei den standardisierten Schnittstellen ist es theoretisch möglich, Komponenten (Kamera, Grabber, Rechner, Software)
verschiedener Hersteller zusammen zu nutzen. So ist es z.B. möglich, eine Sony Cameralink Kamera an einem Grabber
der Fa. Coreco zu betreiben. Zur Programmierung kann eine Bibliothek von z.B. Matrox-Imaging verwendet werden.
In der Praxis gibt es dabei leider manchmal Probleme. Durch unterschiedliche Realisierungsgrade (Vers.-Nr.) der
Standards in den einzelnen Komponenten kann zu “Unverträglichkeiten“ kommen. Der Anwender muss sich dann unter
Umständen in Zusammenarbeit mit mehreren Lieferanten um eine Lösung bemühen.
Bildverarbeitungssysteme werden oftmals auch als Komplettsysteme angeboten. Dabei kommen alle Komponenten
von einem Hersteller. Die Schnittstellen zur Bilddatenübertragung sind dabei meist nicht standardisiert.
Der Anwender hat also bei den einzelnen Komponenten keine Auswahl. Dafür gibt es keine Kompatibilitätsproblem
unter den Komponenten des Komplettsystems.
Die Komplettsysteme sind in allen Preisklassen vertreten. Das typische System gibt es deshalb nicht.
Kapitel 2.6 Seite
114
2.6.3.1 Beispiel für ein Bildverarbeitungssystem mit herstellerspezifischer Schnittstelle
- der OMRON ZFV
Abb. 2.6.3.1 GigE – Kamera DALSA Spyder3,
Quelle: DALSA Europe, D-82194 Gröbenzell (Munich) und STEMMER IMAGING GmbH 82178 Puchheim
Kapitel 2.6 Seite
115
- 90 FPS bei voller Auflösung
-Auch als Farbsystem
(ca. 2300 EUR)
Kapitel 2.6 Seite
116
2.6.4 Intelligente Bildverarbeitungssysteme “smart sensor“
Bei den sog. intelligenten Bildverarbeitungssystemen sind Bilderfassungs- und Auswerteinheit in einem Gehäuse
integriert. Diese Bildverarbeitungssysteme können die Bildauswertung ohne weiteren Rechner durchführen. Es sind meist
Schnittstellen vorhanden, die die Kommunikation mit der Umwelt zulassen. Dies können Signalanschlüsse (24V),
Feldbusschnittstellen aber auch Monitor bzw. Tastaturanschlüsse sein.
Durch die Integration der Komponenten Bildwandlung (CCD,CMOS), Grabber und Prozessor lassen sich verschiedene
Optimierungsziele erreichen. So lassen sich sowohl kostengünstige, “einfache“ Systeme für Standardanwendungen als
auch hochleistungsfähige, freiprogrammierbare Systeme für komplexe “High-End-Anwendungen“ erstellen.
Durch die Integration lassen sich industrietaugliche Systeme mit hohem Schutzgrad realisieren.
Ein Problem bei intelligenten Systemen bereitet manchmal der integrierte Prozessor. Da auf die begrenzte
Wärmekapazität (fanless) der integrierten Systeme Rücksicht genommen werden muss, können oftmals nicht die aktuell
leistungsfähigsten Prozessoren, die i.d.R. eine hohe Verlustleistung haben, verwendet werden. Der Austausch (Upgrade)
der Prozessoren ist oftmals nicht möglich, die Anpassung an wechselnde Prozessbedingungen (z.B. anderer Feldbus)
schwierig. Als Rechensystem kommen oftmals speziell programmierte DSP (Digitaler Signalprozessor ) oder ASCIS
(Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung) zum Einsatz.
Kapitel 2.6 Seite
117
2.6.4.1 Beispiel für ein Intelligentes Bildverarbeitungssystem - NANOview
Abb. 2.6.4.1 Intelligente Zeilenkamera NANOview
Kapitel 2.6 Seite
118
Abb. 2.6.4.2 NANOview Architektur
Kapitel 2.6 Seite
119
2.6.4.2 Beispiel für ein Intelligentes Bildverarbeitungssystem - DVT Vision Sensor Familie
Auswahl von Kameras unterschiedlicher Leistungsklasse und Eigenschaften in nahezu identischen Gehäusen.
Einheitliche Konfiguration bzw. Programmierung über Software Intellect und FrameWork.
Abb. 2.6.4.3 DVT Vision Sensor Familie
Kapitel 2.6 Seite
120
ca. 5500,- EUR
Abb. 2.6.4.4 DVT Vision Sensor DVT 550MR
Kapitel 2.6 Seite
Abb. 2.6.4.5 DVT Software INTELLECT
121
Weitere Informationen finden Sie hier :
http://www.firewire-infos.de/
/* Firewire */
http://www.baslerweb.com/indizes/download_index_de_57634.html
/* Kameras, Technologie */
http://www.ids-imaging.de
/* Kameras (USB,GigE), Grabber
http://www.stemmer-imaging.de
/* Kameras, Objektive, Grabber ...*/
http://www.rauscher.de/
/* Kameras, Objektive, Grabber bes. Matrox Imaging*/
http://www.dalsa.com/
/* Kameras */
http://www.omron-industrial.com/de_de/home/products/sensing/VisionSystems
/* Bildverarbeitungssysteme */
http://www.cognex.com/
/* Bildverarbeitungssysteme, Onlinekurse */
http://www.ni.com/vision/d/
/* Hard- und Software, Ressource Kit !! */
http://www.theimagingsource.com/de/products/
/* Kamera, Grabber, White Paper */
Kapitel 2.4 Seite
122

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