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Machine Vision Kamera 30-50% preisg√ľnstiger als die Konkurrenz Zertifiziert durch T√úV Rheinland Hervorragende Unterst√ľtzung 3 Jahre Kamera Garantie Starkes und breites Produktportfolio
Home Wie wählt man eine machine vision-kamera-schnittstelle aus (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Vision) ?

Wie wählt man eine machine vision-kamera-schnittstelle aus (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Vision) ?

Wie wählt man eine machine vision-kamera-schnittstelle aus (USB3 / GigE / 5GigE / 10GigE Vision) ?

MACHINE VISION-KAMERA INTERFACE WHITEPAPER

Dieser Artikel bietet einen tieferen Einblick in die Vor- und Nachteile jedes Typs von Kameraschnittstellen für die industrielle Bildverarbeitung, damit Sie die richtige Schnittstelle für Ihre Bildverarbeitungsanwendung auswählen können. Es ist zu beachten, dass GeT-Kameras nur USB 2.0, USB 3.0, GigE, 5GigE and 10GigE Bildverarbeitungskameras liefern und sich der Artikel hauptsächlich auf diese fünf industriellen Bildverarbeitungsschnittstellen konzentriert. In der folgenden Tabelle haben wir jedoch auch andere Schnittstellen aufgenommen, um die Übersicht über die Schnittstellen der industriellen Bildverarbeitungskameras zu vervollständigen.

 
  USB2 USB3 FireWire GigE CameraLink Coaxpress 5GigE 10GigE
Bandwidth
(Megabyte/s)
40 400 80 100 Base = 250
Medium = 500
Full = 750
1 lane = 750
2 lanes = 1500
3 lanes = 2250
4 lanes = 3000
500 1000
5MP camera
Max framerate
8fps 80fps 16fps 25fps 150fps 600fps 100fps 200fps
Cable length
(maximum)
5m 4.6m 10m 100m 7m 100m 100m 100m
Power + data
on one cable
Yes Yes Yes Only if PoE PoCL Yes Only if PoE Only if PoE
Frame-grabber
mandatory
No No Yes No Yes Yes No Yes
Cable costs Low Low Medium Low High Low Low Low
Camera costs Very low Low Low Low High High Medium High
CPU usage Medium Low Low Medium Low Low Medium Medium
Customer
acceptance
Declining Good End of Life Good Declining Growing Growing Growing
Multiple
cameras
Fair Excellent Excellent Good Fair Excellent Excellent Excellent
 

WELCHE Bandbreite HAT EIN MACHINE VISION-KAMERA Schnittstelle?

Das erste Thema, das wir diskutieren werden, ist die Bandbreite einer Bildverarbeitungskamera-Schnitstelle. Einfach gesagt ist die Bandbreite eine Möglichkeit, die Datenmenge zu messen, die während eines bestimmten Zeitraums zwischen Computern gesendet werden kann. In Bezug auf Machine Vision betrifft dies die Menge an Bilddaten, die von der Machine Vision Kamera an einen Host-Controller gesendet werden können. Die Bandbreite wird in Megabyte pro Sekunde gemessen, was bedeutet, dass eine USB2.0-Bildverarbeitungskamera Bilddaten von 40 Megabyte pro Sekunde senden kann.
Dies bedeutet auch, dass eine USB 3.0 Machine Vision Kameraschnittstelle (bei voller Auslastung) Bilddaten von 400 Megabyte pro Sekunde senden kann, was etwa 10 Mal mehr ist als die USB 2.0 Machine Vision Kameraschnittstelle. Beim Senden großer Datenmengen (große Bandbreitennutzung) kostet es den Computer auch mehr Zeit, diese Daten zu verarbeiten. Dadurch dauert es länger, bis der Computer ein Bild rekonstruiert. Eine große Bandbreite beschleunigt jedoch die Datenübertragung, sodass der Host-Controller früher und schneller mit der Berechnung und Rekonstruktion von Bildern beginnen kann. Dies wird häufig in Machine-Vision-Anwendungen benötigt.

LEISTUNGSFAKTOR FÜR MACHINE VISION-KAMERA INTERFACE BANDBREITE

Die maximale Bandbreite Ihrer Bildverarbeitungskameraschnittstelle ist nur einer der wenigen Faktoren, die den endgültigen Datendurchsatz beeinflussen, was zu weniger Bildern pro Sekunde führt. Latenz, "Jitter" und "Packet Loss" können Ihren Datendurchsatz verschlechtern, aber auch die Qualität Ihres Kabels kann weniger Bandbreite zur Verfügung stellen. Wir empfehlen, unsere Anleitungen zu USB 3.0- oder GigE-Bildverarbeitungskameras zu lesen, in denen wir diese Probleme angehen.
Welche Bandbreite benötigt wird, hängt stark von der Bildverarbeitungsanwendung und den Einschränkungen Ihres Systems ab. Im Allgemeinen können Sie sagen, dass jedes Bild 2 Megabyte groß ist, wenn Sie eine 2-Megapixel-Kamera haben. Wenn Ihre Anforderung 10 Bilder pro Sekunde vorsieht, beträgt die erforderliche Bandbreite 2x10 = 20 Megabyte pro Sekunde. Jede Bildverarbeitungskameraschnittstelle kann diese Bandbreite abdecken. Wenn die Anforderung jedoch 100 Bilder pro Sekunde beträgt, benötigen Sie 2x100 = 200 Megabyte pro Sekunde Bandbreite und es bleiben nur Cameralink, Coaxpress, USB 3.0, 5GigE und 10GigE Machine Vision Kameraschnittstelle übrig.

WAS IST DIE MAXIMALE KABELLÄNGE FÜR EIN MACHINE VISION CAMERA INTERFACE?

Der zweite Diskussionspunkt ist die maximale Kabellänge der Bildverarbeitungskamera-Schnittstelle. Diese maximalen Kabellängen geben an, mit welcher Kabellänge Sie noch mit der maximalen Bandbreite arbeiten können. Es gibt zum Beispiel USB 3.0-Kabel, die bis zu 25 Meter lang sind, aber diese Zahl übersteigt bei weitem 4,6 Meter USB 3.0-Kabel für die industrielle Bildverarbeitung, was zu einem großen Bandbreitenverlust führt. Die Verkabelung hängt vom gewünschten Flexibilitätsgrad ab und beeinflusst auch, wie viel Bandbreite Sie übertragen möchten. Typische Preise für Kabel sind:

  • USB2-Kabel für Machine-Vision-Kamera kostet zwischen 4 und 6 Euro
  • USB 3.0 Kabel für Machine Vision Kamera kosten zwischen 16 und 20 Euro
  • GigE, 5GigE, 10GigE Kabel für Machine Vision Kamera kosten zwischen 8 und 10 Euro

Wenn die Bildverarbeitungskamera auf einer beweglichen Plattform montiert wird, ist ein hochflexibles Kabel erforderlich. Dieses Highflex-Kabel ist in der Lage, sich über viele Jahre hinweg täglich mehrmals pro Sekunde zu biegen. GigE Highflex-Kabel sind die günstigsten Highflex-Kabel für die industrielle Bildverarbeitung. Sie beginnen bei 50 Euro.

IST EIN FRAME GRABBER FüR USB 2.0, USB 3.0 UND GIGE MACHINE VISION-KAMERAS ERFORDERLICH?

Für die Schnittstellen USB 2.0, USB 3.0, GigE und 5GigE benötigen die Kameras keinen Frame-grabber. Lediglich für die Machine-Vision-Schnittstellen wie 10GigE, Camera Link, Firewire B und Coaxpress ist ein Framegrabber zwingend erforderlich. Es muss jedoch beachtet werden, dass Framegrabber eine weite Definition hat und einer Interpretation unterliegt. Wenn ein Computer nicht über genügend USB 3.0- oder GigE-Ports verfügt, haben wir eine Schnittstellenkarte, um die Anzahl der USB 3.0- oder GigE-Schnittstellenports des Computers zu erweitern. Diese Schnittstellenkarte wird manchmal auch als Framegrabber bezeichnet. Alle von uns angebotenen Schnittstellenkarten / Framegrabber werden mit unseren Bildverarbeitungskameras getestet, um mit voller Bandbreite laufen zu können.

WAS IST DER PREIS FÜR EINE MACHINE VISION KAMERA?

In Bezug auf die fünf Arten von Machine-Vision-Kamera-Schnittstelle. Schnittstellen, die wir anbieten, ist 10GigE die teuerste und USB2 die billigste Machine-Vision-Kamera-Schnittstelle. Alle fünf sind immer noch günstiger als Camera Link- und Coaxpress-Kameras. Mit dem wettbewerbsfähigen Preismodell sind die günstigsten Modelle alle unter 100 € erhältlich. Um dies ins rechte Licht zu rücken, kostet ein Bildverarbeitungs-Framegrabber für Koaxpressen etwa 500 € und eine einfache Koaxpress-Kamera etwa 1000 €, zusammengerechnet sind das 1500 €. Damit ist es 10x teurer als die USB 3.0-Kameraschnittstelle für Machine Vision. Daher glauben wir, dass wir mit der USB2-, USB 3.0-, GigE- und 5GigE-Schnittstelle die meisten gängigen Machine-Vision-Anwendungen abdecken können.

WIE VIEL IST DIE CPU-LAST DER MACHINE VISION CAMERA?

Jede Bildverarbeitungskamera-Schnittstelle verwendet CPU-Leistung, um die Bilder von dem "interface" in den Speicher des Prozessors zu übertragen. Die benötigte CPU-Leistung wird als CPU-Last definiert. USB 3.0 hat eine "niedrige" CPU-Last auf dem Host-Controller, während USB2 und GigE eine "mittlere" CPU-Last haben. USB 3.0 hat eine geringe CPU-Last, da es ein völlig anderes Protokoll verwendet als USB2 und GigE und dieses Protokoll weniger Ressourcen benötigt.

USB 3.0, GigE, 5GigE und 10GigE Machine Vision Kameraschnittstellen verwenden eine Unicast Dual-Simplex Daten-Interface, diese interface ermöglicht die Übertragung von Daten in beide Richtungen. Es funktioniert, wenn eine vom Host geleitete Prozedur "route packets" und Benachrichtigungen explizit auf allochrone Weise sendet. Dadurch kann die Bildverarbeitungskamera eine Nachricht an den Host-Controller senden, wenn sie zur Datenübertragung bereit ist. Dieser neuere Mechanismus reduziert die System- und CPU-Last im Vergleich zum Polling-Mechanismus in USB2.0. Zur Verdeutlichung verwendet die USB2.0-Kameraschnittstelle(Interface) für maschinelles Sehen eine unidirektionale Datenübertragung, was dazu führt, dass mehr Daten (Bildpakete) auf der Schnittstellenkarte(Interface) gestapelt werden und die CPU mehr beansprucht wird.

Eine 5GigE-Bildverarbeitungskamera verbraucht auch zusätzliche CPU-Last. Die 5GigE-Kamera sendet Bilder mit verlustfreier Komprimierung über die 1000-Mbit-Ethernet-Schnittstelle(Interface) an den Computer. Der Computer muss die Bilder dekomprimieren, was zu einer zusätzlichen CPU-Last führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass USB 3.0 bei weitem die geringste CPU-Auslastung hat, GigE und 10GigE haben etwas mehr CPU-Auslastung als USB 3.0. 5GigE und USB2 haben die höchste CPU-Auslastung.

VERBRAUCHERAKZEPTANZ UND PRODUKTLEBENSZYKLUS VON MACHIN-VISION INTERFACES

Um Ihnen einen immer besseren Überblick über den Produktlebenszyklus als in der obigen Tabelle zu geben, haben wir auch die folgende Grafik gezeichnet. Es zeigt die Phase des Produktlebenszyklus, in der sich jede Bildverarbeitungsschnittstelle befindet.


Product life cycle machine vision camera interface

Einführung

Die ersten beiden Machine-Vision-Interfaces, die sich noch in der Einführung (und Entwicklung) befinden, sind die Produkte 10 GigE und N-BASE-T (5GigE). Beide Bildverarbeitungskameras eignen sich für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit den handelsüblichen Cat6e-Ethernet-Kabeln, die mit normalen GigE-Kameras verwendet werden. 10 GigE Vision hat etwa die 10-fache Bandbreite einer Standard-GigE-Vision-Kamera, erfordert jedoch eine 10GigE-Netzwerkkarte. N-BASE-T basiert auf verlustfreier Bildkompression, erreicht eine Bandbreite von USB 3.0, verwendet jedoch normale Cat6e-Ethernet-Kabel mit einer Länge von bis zu 100 Metern. Es verwendet auch den Standard-Ethernet-Port eines PCs, was es zu einer sehr schnellen und kostengünstigen Lösung macht. Die Zukunft dieser Schnittstellen sieht vielversprechend aus, insbesondere für N-BASE-T. Wir gehen davon aus, dass diese Bildverarbeitungsschnittstelle Ende 2019 veröffentlicht wird.

Wachstum

Eine der Schnittstellen, die in der Wachstumsphase aufgeführt wird, ist Coaxpress. Diese Schnittstelle(Interface) ähnelt 10 GigE und N-BASE-T, da sie für die Hochgeschwindigkeitsbildgebung geeignet ist. Der Nachteil dieser Schnittstelle ist, dass ein Framegrabber obligatorisch ist und dass sowohl die Framegrabber als auch die Koaxpress-Kamera relativ teuer sind.

Reife

In der Reifephase sehen Sie zwei Machine-Vision-Schnittstellen, die GeT-Kameras verkaufen, nämlich GigE und USB 3.0. Der USB 3.0 Vision Standard wurde 2011 und der GigE Vision Standard 2006 gegründet, beide von der "Automated Imaging Association" gegründet. Wir glauben, dass diese beiden Bildverarbeitungsschnittstellen den Höhepunkt ihrer Reife erreicht haben und die Nachfrage derzeit am höchsten ist. Wir gehen davon aus, dass GigE noch mindestens 5 Jahre in der Reifephase bleibt und USB 3.0 noch länger.

Abnahme

Die letzten beiden Bildverarbeitungs-Interfaces, USB2 und Camera Link, befinden sich im Rückgang. Aufgrund besserer Alternativen (USB 3.0 statt USB2 und Coaxpress statt Cameralink) ist und wird die Nachfrage in den nächsten Jahren weiter zurückgehen. USB2 hat eine sehr begrenzte Bandbreite und das Protokoll ist nicht so robust, was es nur für einen kleinen Anwendungsbereich geeignet macht.
Wenn die Bildverarbeitungsanwendung jedoch sehr minimale Anforderungen stellt, ist USB2 die beste Wahl in Bezug auf die Kosten. Camera Link hat eine gute Bandbreite, ist aber im Vergleich zu Coaxpress, USB 3.0 und in Zukunft 10 GigE und N-BASE-T in Sachen Bandbreite eine teure Option. Camera Link Machine-Vision-Kameras sind ebenfalls teuer und haben teure Kabel.

MEHRERE MACHINE VISION-KAMERAS

Wenn Sie mehrere Bildverarbeitungskameras auf einem Host-Controller installieren, ist es wichtig, Ihre Bandbreitennutzung zu überwachen. Die Verwendung dieser Art von Setup erfordert normalerweise eine Interface-Karte mit mehreren Eingängen. Wir werden nur mehrere Bildverarbeitungskamera-Setups für USB2, USB 3.0 und GigE behandeln.

Mehrere USB 3.0-Bildverarbeitungskameras

Beginnend mit USB 3.0 bietet diese Bildverarbeitungsschnittstelle eine hervorragende Kompatibilität mit einem Kamerasystem mit mehreren Bildverarbeitungssystemen. Sie können für USB 3.0 entweder ein Sternnetzwerk oder ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk verwenden. Bei Verwendung eines Sternnetzwerks werden mehrere Bildverarbeitungskameras an einen einzigen USB 3.0-Hub angeschlossen. Die USB 3.0 Bandbreite wird auf die angeschlossenen USB 3.0 Machine Vision Kameras aufgeteilt. Dies liegt daran, dass alle einzelnen USB 3.0-Bildverarbeitungskameras von der einzigen Bandbreite des an den USB 3.0-Hub angeschlossenen Hosts verbrauchen.

Bei der zweiten Option, einem USB 3.0-Punkt-zu-Punkt-Netzwerk, verbinden Sie jede USB 3.0-Bildverarbeitungskamera direkt mit dem USB 3.0-Hostcontroller. Die USB 3.0-Schnittstellenkarte kann bis zu vier USB 3.0-Host-Controller-Eingänge haben, sodass vier USB 3.0-Bildverarbeitungskameras an eine Interface-Karte angeschlossen werden können. Jede USB 3.0 Machine Vision Kamera kann nun die volle Bandbreite des USB 3.0 Protokolls nutzen.

Mehrere GigE-Bildverarbeitungskameras

GigE-, 5GigE- und 10GigE-Bildverarbeitungskameras sind auch eine gute Option für ein Kamerasystem mit mehreren Bildverarbeitungssystemen. Mit hoher Flexibilität und kostengünstiger Verkabelung ist es ideal für die Überwachung von Förderbändern und Sport- & Bewegungsanalysen mit mehreren Bildverarbeitungskameras. Das Prinzip ist das gleiche wie bei USB 3.0-Kameras. Sie können sowohl ein Sternnetzwerk mit einem Ethernet-Switch als auch ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk mit einer Schnittstellenkarte mit mehreren GigE-Eingängen haben.

Mehrere USB2.0-Bildverarbeitungskameras

Die letzte von uns angebotene Schnittstelle, USB 2.0, ist am wenigsten für mehrere Bildverarbeitungskamera-Setups geeignet. Dies bedeutet nicht, dass Sie nicht mehrere USB2.0-Bildverarbeitungskameras anschließen und verwenden können, aber es bedeutet, dass sie von den dreien die schlechteste Leistung erbringen. Auch hier sind beide Netzwerkoptionen (Stern und Punkt-zu-Punkt) möglich, ebenso wie USB 3.0

WIE WÄHLT MAN EINE MACHINE VISION-KAMERA-SCHNITTSTELLE AUS?

Bei der Auswahl einer Schnittstelle für eine Machine Vision Kamera geben wir Ihnen folgende Richtlinien:
  • Die USB2.0-Kameraschnittstelle für maschinelles Sehen ist die billigste und am einfachsten zu verwendende aller 3 Optionen. Dennoch sind Bandbreite und Kabellänge begrenzt. USB2.0-Bildverarbeitungskameras sind ideal für Anwendungen, die maximal 1,3 MP bei 30 Bildern pro Sekunde oder 5 MP bei 7 Bildern pro Sekunde erfordern, mit einer Kabellänge von nicht mehr als 5 Metern.
  • Die USB 3.0-Kameraschnittstelle für maschinelles Sehen ist eine der schnellsten Schnittstellen, die wir unterstützen, und verbraucht am wenigsten Computerprozessorleistung. Daher ist es ideal für hochauflösende und schnelle Bildgebung. Die Kabellänge ist dagegen auf 4,5 Meter begrenzt.
  • Die GigE-Vision-Kamerainterface wird häufig in Machine-Vision-Anwendungen verwendet, die längere Kabellängen erfordern (zwischen 5 und 100 Metern). Die Bandbreite ist durchschnittlich (zwischen USB2.0 und USB 3.0). Dies macht es ideal für die meisten Machine-Vision-Anwendungen. Sowohl 20MP Vision-Kameras mit niedrigen Frameraten als auch niedrigauflösende Vision-Kameras mit hohen Frameraten sind mit der GigE-Interface verfügbar.
  • Die 5GigE-Vision-Interface ist eine neue Machine-Vision-Interface mit der gleichen Leistung wie USB 3.0. Die Vorteile gegenüber USB 3.0 sind die großen Kabellängen (bis zu 100m) und die Verwendung von günstigen Cat6e Netzwerkkabeln. Diese Bildverarbeitungskamera-Interface verbrauchen jedoch mehr CPU-Leistung als USB 3.0.
  • Die 10GigE Vision Kamera-Interface hat eine sehr hohe Bandbreite, was sie ideal für sehr hochauflösende Kameras bei hohen Bildraten macht. Die Kabel sind preiswert und große Kabellängen sind möglich. Diese Bildverarbeitungskamera-Schnittstelle erfordert einen 10GigE-Framegrabber. Die Gesamtkosten für diese Machine-Vision-Kamera-Interface sind höher als bei GigE, 5GigE und USB3.
  Vision camera specialist     28-06-2019 17:09
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