Mit 10 GigE spornstreichs in die Zukunft der Bildverarbeitung

Wie funktioniert GigE Vision ?

(PresseBox) (München, ) Innerhalb der vier Jahre seit der Einführung des neuen Kamerainterface-Standards hat GigE Vision einen beeindruckenden Siegeszug in der industriellen Bildverarbeitung angetreten. Der herstellerunabhängige Hard- und Softwarestandard definiert die Gerätesteuerung und Datenübertragung zwischen Bildverarbeitungsgeräten (meist Kamera und PC) über Ethernet.

Mit 125 MB/Sekunde Transferleistung ist GigE Vision für viele Standard-Anwendungen und auch für die meisten in industriellen Kameras üblichen CCD- und CMOS-Sensoren mehr als ausreichend schnell. Lange Kabelstrecken bis 100m ermöglichen ein flexibles und einfaches Setup vor Ort.

Der GigE Vision Standard definiert im wesentlichen in vier Teilen die Kommunikation zwischen allen GigE Vision Geräten in einem Netzwerk. Diese Geräte sind in der Regel Kameras und PCs mit der Applikationssoftware, allerdings sind auch GigE Vision Geräte anderer Klassen vom Standard berücksichtigt (z.B. Blitzcontroller). Innerhalb von GigE Vision erfolgt die gesamte Kommunikation über UDP, das als sog. „verbindungsloses“ Protokoll per se keine sichere Datenübertragung gewährleistet. Mit den zusätzlichen Kontroll-Mechanismen von GigE Vision wird einerseits die Datenübertragung sicher ohne auf der anderen Seite ein komplexes und ressourcenintensives Protokoll wie z.B. TCP zu spezifizieren.

Nach der Geräte-Erkennung (GigE Device Discovery and Enumeration) kennt die steuernde Host-Applikation alle GigE Vision konformen Geräte im Netzwerk und ist bereit Steuer-Kommandos an jedes Gerät zu senden. Dieser Teil von GigE Vision erlaubt optional auch die automatische Erkennung des An- und Absteckens von Geräten im Netzwerk.

Das GVCP (GigE Vision Control Protocol) regelt, wie zwischen der Applikation und dem Netzwerkgerät Control-Channels, Stream-Channels und Message-Channels zur Steuerung, zur Datenübertragung und zur Event-Signalisierung aufgebaut werden. Die Kamera bestätigt jeden Steuerbefehl der Applikation mit einem Acknowledge, erst dann kann diese erneut Befehle senden: dieser einfache Handshake-Mechanismus garantiert eine sichere Übertragung über das eigentlich unsichere UDP Protokoll. Es ist zwar nur einer Applikation im Netzwerk erlaubt, die Kamera zu steuern, jedoch können mehrere Anwendungen gleichzeitig Bilddaten von der Kamera empfangen (Multi-Casting).

GVSP, das GigE Vision Streaming Protocol ist zuständig für den Empfang der Bilddaten und zusätzlichen Informationen von der Kamera an die Anwendung. Auch dieses basiert auf UDP und auch dieses bietet einen einfachen aber wirksamen Mechanismus zur sicheren Bildübertragung, den Packet-Resend. Die Applikation stellt sicher, alle zu einem Bild gehörenden Pakete erhalten zu haben, indem sie die sog. Paket_ID der eingehenden Pakte überwacht. Geht während der Bildübertragung ein Paket im Netzwerk verloren so fordert die Applikation genau dieses Paket erneut von der Kamera an. Kann die Kamera dieses rechzeitig erneut schicken, liegen alle Daten vollständig und fehlerfrei im Host-PC vor. Gelingt dies nicht, wird dieser Frame als ungültig deklariert und verworfen.
In der Praxis kommt dieser Mechanismus allerdings sehr selten zum Tragen, da verlorene Pakte meist auf eine ungünstige Konfiguration der Netzwerkinfrastruktur hindeuten. So sind im Feld Multi-Kamera Systeme installiert, die über Switches Millionen von Paketen unter Ausnutzung von bis zu 100MB/s ohne jeden Resend oder gar Datenverlust übertragen.

Neben der reinen Datenübertragung definiert GigE Vision auch eine verbindliche Softwareschnittstelle für das Umsetzen der internen Kameraregister und -features. Der vom EMVA geführte Standard GenICam (Generic Interface for Cameras) regelt, wie die Applikationssoftware alle Kamerafeatures über eine kameraspezifische XML-Datei einheitlich ansprechen kann. So gewährleistet GigE Vision die volle Hardware- und Softwarekompatibilität untereinander.

GigE Vision wird von allen namhaften Kamera- und Softwareherstellern getragen wird und gewährleistet so eine hohe Kompatibilität, Austauschbarkeit der Hard- und Softwarekomponenten und nicht zuletzt auch Zukunftssicherheit.

Als Kommunikations-Hardwareinterface basiert GigE Vision auf der Ethernet-Technologie, ist unabhängig vom Transportmedium (Kupfer oder Fiber) und läuft so mit jeder Ausbaustufe: 10 MBit, 100 MBit, 1 GBit und 10 GBit. Zwar ist 10GigE heute noch nicht in industriellen Kameras verfügbar, dennoch gibt es bereits Anwendungen auf dieser Basis. In einer erfolgreich installierten Anwendung zur Oberflächeninspektion laufen mehrere GigE Vision Zeilenkameras auf einem 10GigE Switch zusammen und das Gesamtdatenvolumen von ca. 400 MB/s wird von dort über Fiber zum Auswerte-PC übertragen.

So zeigt GigE Vision mit der Möglichkeit von 10 GigE bereits heute einen klaren Migrationspfad in die Zukunft.



Messehinweis:
Vision 2010
Halle 4 - Stand 4c15


RAUSCHER
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D-82140 Olching

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