Dieses Jahr kommen einige Kamera-Sensoren mit neuen Funktionen und Eigenschaften auf den Markt der industriellen Bildverarbeitung. Sony schickt beispielsweise einen CCD-Sensor mit Quad-Tap mit vier Kanalausgängen und 6,1 MPixel ins Rennen. CMOSIS hält mit einem 4-MPixel-CMOS-Sensor dagegen, der mittels Spalten-ADC (Analog Digital Converter) sehr hohe Bildraten von bis zu 110 Bildern pro Sekunde bei gleichzeitig hoher Auflösung (10 Bit) ausgeben kann. Beide Technologien ermöglichen demnach höhere Frameraten und Auflösungen. Für aktuelle PCs stellt das hinsichtlich Speicher-Bandbreite und Rechenleistung kein Problem dar, für die aktuellen Schnittstellen der industriellen Bildverarbeitung dagegen schon. Der eine oder andere Standard kann künftig ins Hintertreffen geraten.

Laut einer Marktstudie der Automated Imaging Association (AIA) von 2010 hatten digitale Kameras einen Marktanteil von knapp 50 % im Sektor Machine Vision. Vernetzt waren diese Systeme zu rund:

• 40 % über Firewire,
• 30 % über GigE-Vision ,
• 16 % über Cameralink.

Etwa weitere 14 % der Kameras waren mit anderen Schnittstellen ausgestattet, wobei davon ausgegangen werden kann, dass es sich hauptsächlich um USB-2.0-Schnittstellen handelt.

Der Marktanteil von USB-Kameras liegt in anderen Bereichen, zum Beispiel in der Medizintechnik, noch um Einiges höher. Ferner zeigt die Marktstudie, dass nur eine einzige Kameraschnittstelle existiert, die im Maximal-Ausbau ungefähr 5440 MBit/s Bruttobandbreite erreicht und damit den Ansprüchen der neuen Sensoren entspricht – Cameralink. Weder USB 2.0 (480 MBit/s Bruttobandbreite), Fire­wire B (800 MBit/s) noch GigE-Vision (1000 MBit/s) können hier auch nur annähernd mithalten.

Allerdings unterstützt Cameralink nur Kabellängen von maximal 10 Metern und benötigt eine Framegrabber-Karte als Schnittstelle im PC.

Vier Kandidaten sind im Rennen

Natürlich schlafen die Anbieter industrieller Bildverarbeitung nicht und warten mit insgesamt vier potenziellen Lösungen des Bandbreiten-Problems auf: Dual-GigE und USB 3.0 in Kombination mit den Standards GigE-Vision 2.0 und USB3 Vision.

Die nächste Generation an Bildverarbeitungsschnittstellen.

© Matrix Vision

Genauer gesagt, werden mit CameraLink High-Speed und Coaxpress zwei branchenspezifische Lösungen auf Basis von Framegrabbern sowie zwei Consumer-Standardschnittstellen (10-Gigabit-Ethernet und USB 3.0) ins Rennen geschickt. Cameralink High-Speed (CLHS) beispielsweise orientiert sich an hohen Bandbreiten und eignet sich durch die Flexibilität beim Anschluss für Zeilenkamera- und synchronisierte Mehrkamera-Anwendungen. Mit CLHS können sowohl mehrere Kameras an einem Framegrabber alos auch eine Kamera an mehreren Framegrabbern betrieben werden. Zudem ist die Übertragung der Trigger-, Steuer- und Datensignale durch die zulässigen Jitter und geringen Latenzzeiten robust. Allerdings fällt die maximale Kabellänge von lediglich 20 Metern bescheiden aus. Coaxpress (CXP) schraubt die Kabellänge der reanimierten Koaxialkabel zwar auf 40 Meter hoch, allerdings fällt die Bandbreite (mit bis zu 6125 MBit/s bei Full-Konfiguration) wesentlich geringer aus. Zu den Vorteilen gehört wiederum die Unterstützung des Genicam-Standards als einheitliche Programmierschnittstelle für Kameras.

Dagegen punkten die beiden Consumer-Schnittstellen durch ihre einfache Integration, benötigen dazu aber einen speziellen Schnittstellenstandard, um die Eignung für die industrielle Bildverarbeitung herzustellen. Ein Vorteil eines einheitlichen Standards ist die größere Akzeptanz im Markt: Ohne die Defini-tion und Standardisierung von GigE-Vision wäre es nicht möglich gewesen, dass Kameras mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle innerhalb von drei Jahren einen Marktanteil von 30 % erreichen. Die Version 2.0 von GigE-Vision, welche dieses Jahr erscheint, unterstützt sowohl Dual-Gigabit-Ethernet (Dual-GigE) als auch 10-Gigabit-Ethernet. Somit ist die Schnittstelle für künftige Anwendungen mit noch höheren Bandbreitenanforderungen gewappnet.

Was bringt Dual-Gigabit-Ethernet?

Neben der Standardisierung in GigE-Vision 2.0 bietet Dual-GigE den von Gigabit-Ethernet gewohnten Komfort. Als nächster Entwicklungsschritt hin zu 10-Gigabit-Ethernet-Strukturen steht der Anwendung zusätzlich die doppelte Bandbreite von bis zu 240 Mbyte/s bei gleichzeitiger Transparenz in der Software zur Verfügung. Transparenz heißt: Die Dual-GigE-Kamera erscheint als ein Gerät. Als einzige Hardware-Voraus­setzung müssen die GigE-Port-Treiber lediglich die LAG-Funktion (Link Aggregate Group) unterstützen.

Ein sinnvoller Evolutionsschritt: Dual-GigE-Kameras wie die mvBlueCougar-XD der Firma Matrix Vision können vorhandene Infrastrukturen nutzen.

© Matrix Vision

Betriebssystemseitig erfüllen dies Linux und Windows 7. Die einfachere Programmierung und der geringere Stromverbrauch im Vergleich zu 10-Gigabit-Ethernet sowie die Möglichkeit, bestehende Netzwerk-Infrastrukturen zu nutzen – 10-Gigabit-Ethernet ist noch nicht weit verbreitet und eine Umstellung teuer –, sind weitere Vorteile von Dual-GigE im Vergleich zu den anderen Schnittstellen.

Um einen ähnlichen Erfolg im Markt wie GigE-Vision zu erzielen, benötigt auch USB 3.0 einen einheitlichen Standard entsprechend GigE-Vision. Die Branche hat dies aus den Erfahrungen mit der USB-2.0-Schnittstelle gelernt, deren Akzeptanz bisher unter dem Fehlen eines solchen Bildverarbeitungs-Standards leidet und trotz der hohen Verfügbarkeit der USB-Schnittstelle in allen erdenklichen PC-Plattformen nur unterproportional Marktanteile gewinnen konnte.

Warten auf USB3-Vision

Bei USB 3.0 soll diese Entwicklung verhindert werden: Im Herbst 2011 fand ein Kickoff-Meeting von 19 Unternehmen aus der Bildverarbeitungsbranche statt, bei dem die ersten Eckpunkte sowie die weitere Entwicklung des neuen Standards USB3 Vision definiert wurden. Grundtenor ist, möglichst viele Features von Genicam und GigE-Vision zu übernehmen. Das erste Release des Standards soll zur Vision in Stuttgart im November 2012 erscheinen. Und das Timing stimmt: Nach Schätzungen der AIA wird USB 3.0 in den nächsten zwei Jahren in den meisten PCs mit Windows 8 oder Windows 7 mit entsprechendem Service Pack verfügbar sein.