مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

Camera Link®, USB3 Vision, GigE Vision, FireWire

در این مطلب از وب سایت نوین ایلیا صنعت می خواهیم با شما در مورد مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی صحبت کنیم،لطفا با ما همراه باشید.

زمانی که در حال راه‌اندازی سامانه بینایی هستید؛ انتخاب رابط دوربین یکی از مهم‌ترین انتخاب‌ها است. مشتری، مجری و تولیدکننده‌ها باید فاکتورهای مختلف، جهت دستیابی بهینه‌ای از کارایی، قیمت و دقت را مدنظر نگاه دارند. این مقاله به بررسی رابط‌های رایج در سامانه بینایی پرداخته است و مزایا و معایب هر فناوری را بیان نموده است. مقاله به بررسی قیمت و رفتارشناسی آخرین فناوری مانند USB3 در هنگام مقایسه رابط‌ها می‌پردازد.

 

فهرست

  • GigE Vision

رابطی منعطف بدون Frame Grabber ، عالی برای چند دوربین، طول بالای کابل و…

  • USB3 Vision

رابطی سریع بدون Frame Grabber ، تحمیل کم محاسبات به CPU، کاربری آسان

  • FireWire

رابطی قدیمی با محدودیت …

  • Camera Link

نرخ بالای انتقال داده، تنظیمات راه‌اندازی پیچیده و …

  • مقایسه پردازش تحمیل شده به پردازنده از رابط‌های FireWire، USB3 Vision و GigE Vision
  • جمع‌بندی

GigE Vision

رابطی منعطف بدون Frame Grabber ، عالی برای چند دوربین، طول بالای کابل و…

فناوری ایترنت گیگابیت در صنعت پردازش تصویر از سال ۲۰۰۶ ایجادشده است. با توجه به تعداد نصب، این فناوری دارای سریع‌ترین رشد در رابط دوربین‌های دیجیتال برای پردازش تصویر صنعتی است. این محبوبیت به‌واسطه حل بعضی از مشکلات اساسی است. ایترنت گیگابیت محدودیت موجود در طول کابل رابط‌های اولیه را حذف نمود و استفاده هم‌زمان از چند دوربین به‌وسیله یک رایانه را ممکن ساخت. همه‌ی این‌ها با نرخ انتقال داده‌ی بالاتر از ۱۰۰مگابایت بر ثانیه و حداکثر طول کابل ۱۰۰متر انجام می‌پذیرد. ایترنت گیگابیت رابط دیجیتال کاربردی یگانه‌ای است که به فریم گربر احتیاجی ندارد. این امر سبب صرفه‌جویی بسیار در هزینه‌ها می‌شود. GigE پتانسیل جایگزینی با سامانه‌های دوربین آنالوگ را تقریباً در تمام حوزه‌ها دارا است. استاندارد  GigE Vision دنباله‌روی رابط فیزیکی تعریف‌شده به‌وسیله استاندارد ایترنت گیگابیت است. GigE Vision همراه با اجرای منطقی واضح و یکپارچه‌سازی آسان در تمام برنامه‌های پردازش تصویر به‌وسیله نرم‌افزار “libraries” در دسترس است. همچنین به خاطر سازگاری دوربین‌های GigE با یکدیگر، شما  قادر هستید؛ دوربین دیگری را بدون انجام تغییراتی در برنامه نوشته‌شده جایگزین نمایید.

ایترنت گیگابیت پیش‌ازاین نیز حوزه‌های زیادی از پردازش تصویر را – از تولید تا سامانه ترابری هوشمند- در تصرف خود درآورده بود؛ هرچند، تولیدکننده سامانه نیازمند بعضی از ابزارها است. ابتدا، آن‌ها نیازمند محاسبه قدرت موردنیاز برای دریافت تصاویر هستند. این امر به‌طور تقریبی بین ۳ تا ۸ درصد هنگام استفاده از درایورها مانند درایور پایلون باسلر متفاوت است. دوم، کاربر نهایی باید تصمیم بگیرد که آیا به تحریک نیاز دارد یا خیر. رابط ایترنت گیگابیت قادر است تا دوربین‌های GigE را با دقتی در حدود ۱میلی‌ثانیه کنترل نماید. این برای بسیاری از فعالیت‌ها مناسب است. کاربرانی که مایل به کنترل دوربین در حدود چند میکروثانیه هستند قادر به استفاده از سخت‌افزار ورودی I/O)) برای تحریک هستند.

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

خلاصه‌ای از ایترنت گیگابیت یا  GigE Vision

 

سرعت :۱۰۰ مگابایت بر ثانیه

طول کابل: حداکثر تا ۱۰۰ متر

 

 

مزایا :

  • رابط استاندارد تمامی PCها
  • ساختاردهی و اتصال آسان برای استفاده از چند دوربین
  • طول کابل بالا
  • راهکار ممکن تنها با یک کابل (POE – فراهم نمودن تغذیه بر روی ایترنت)

 

محدودیت‌ها:

  • میزان بار تحمیل‌شده به پردازنده باید بهینه شود

 

USB3 Vision

رابطی سریع بدون Frame Grabber ، تحمیل کم محاسبات به CPU، کاربری آسان

از زمانی که USB3 تبدیل به یک استاندارد شد؛ بسیاری از سخت‌افزارها از USB3 پشتیبانی می‌نمایند. در مقایسه با USB2.0، USB3.0 دارای سرعت  ۹ برابر بیشتر، مدیریت بهتر خطاها، منبع تغذیه قوی‌تر و طول کابل بیشتر است. یک سامانه مدیریت انرژی نیز در این رابط، قرار داده‌شده است که باعث می‌شود. میزبان بتواند تا دستگاه (دوربین) را به حالت آماده‌به‌کار ببرد. این حالت قابل تنظیم است و می‌تواند انرژی را در فضای خارجی یا دوربین‌های متکی به باتری ذخیره نماید.

بر اساس استاندارد رسمی USB3 Vision که در سال ۲۰۱۳ منتشر گشت؛ المان‌های ضروری اجرای صنعتی USB3 برای مصارف بینایی را محیا نمود. این استاندارد شکل کانکتورها و کابل‌ها را تعریف نمود. این استاندارد همچنین نحوه‌ی ارتباط بین دستگاه بینایی USB3 و نرم‌افزار اجرایی را بیان نمود. با توجه به GigEVision، این استاندارد، گامی اساسی بود که سبب می‌شد مشتریان به یک رابط برای انتخاب در طول زمان اعتماد کنند.

مزایای اصلی USB3.0 عبارت‌اند از: پهنای باند بالاتر از ۳۵۰ مگابایت بر ثانیه، بدون نیاز به فریم گربر جداگانه. امکان plug&play نقطه قوت دیگر رابط USB3 است. این امر سبب انعطاف برای برنامه‌هایی می‌شود که وابسته به تنظیمات جداگانه بر روی PCهای مختلف هستند. هم‌زمان، سخت‌افزار USB3 به‌صورت گسترده موجود است. بیشتر رایانه‌های جدید و حتی کوچک‌ترین بوردهای تجمیع شده شامل پورت‌های USB3 هستند. دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) برای تبادل داده، میزان تحمیل بار پردازشی به پردازنده را کاهش می‌دهد. این به معنای قدرت بیشتر برای کتابخانه و نرم‌افزار SDK است. تأخیر و بی‌ثباتی کم در پروتکل USB3 سبب می‌شود تا این استاندارد جایگاهی ایده آل برای جایگزینی رابط‌هایی قدیمی مانند FireWire یا USB2 باشد.

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

خلاصه‌ای از USB3.0/USB3.0 Vision

سرعت: ۳۵۰مگابایت بر ثانیه

طول کابل: حداکثر ۸متر به‌صورت پسیو

مزایا:

  • USB3 استاندارد رابط سخت‌افزاری است
  • استفاده‌ی آسان با استفاده از قابلیت plug&play
  • تحمیل بار پردازشی کم به پردازنده، تأخیر و بی‌ثباتی کم سیگنال (به لحظه)
  • مدیریت انرژی با مصرف کم برق و حالت آماده‌به‌کار
  • راه‌اندازی دستگاه تنها با یک کابل (تغذیه از کابل USB3)

محدودیت‌ها:

  • طول کابل
  • مناسب نبودن برای تنظیم چند دوربین

 

FireWire

رابطی قدیمی با محدودیت

FireWire (همچنین شناخته‌شده با IEEE1394) رابط دیجیتال موفق برای چندین سال بود. چرا مردم رابط FireWire را دوست داشتند؟ به خاطر اینکه این استاندارد به‌خوبی توسط DCAM تعریف‌شده بود و عملکرد بین نرم‌افزار و دستگاه به‌خوبی انجام می‌گرفت. پشتیبانی منبع تغذیه در هر پورت عالی بود و رنج وسیعی از دوربین در فروشگاه وجود داشت.

بااین‌وجود سهم FireWire از بازار رو به کاهش است. چندین دلیل وجود دارد: اولین دلیل، FireWire تنها از پهنای باندی به وسعت ۶۴ مگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌نماید (IEEE1394b) و این امر به‌طور واضح وضوح تصویر و نرخ فریم را محدود می‌سازد. طول رسمی کابل نیز بسیار کوتاه است (در حدود ۴.۵متر). ضمناً رابط FireWire از بازارهای بسیاری حذف‌شده است. نتیجه‌ی این معایب، افزایش قیمت و کاهش موجودی در بازار مصرفی این نوع از دستگاه‌ها است.

درمجموع هنگامی‌که قصد انجام پروژه‌ی جدید بینایی دارید؛ نباید FireWire را به‌عنوان رابط در نظر بگیرید. جایگزین مناسب با مشخصاتی مشابه اما با پهنای باندی بسیار بالاتر می‌تواند USB3 باشد.

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

خلاصه‌ای از FireWire

سرعت:

IEEE1394a: حداکثر ۳۲ مگابایت بر ثانیه

IEEE1394b: حداکثر ۶۴ مگابایت بر ثانیه

طول کابل:

حداکثر ۴.۵ متر

 

مزایا:

  • تحمیل بار پردازشی کم به پردازنده
  • تأخیر و بی‌ثباتی کم سیگنال (به لحظه)

محدودیت‌ها:

  • کاهش پشتیبانی نرم‌افزاری و سخت‌افزاری
  • طول کابل
  • پهنای باند

Camera Link

نرخ بالای انتقال داده، تنظیمات راه‌اندازی پیچیده

Camera Link رابطی بشدت نیرومند و قوی برای دوربین‌های صنعتی در تمامی شاخه‌ها است و خواهد بود. امروز، بیشتر دوربین‌های موجود دارای نسخه‌ای باقابلیت اتصال به رایانه با رابط Camera Link هستند. پهنای باند مجود در Camera Link می‌تواند در دوربین‌های خیلی کوچک (به‌اندازه‌ی یک قند) قرار بگیرد تا دوربین‌هایی که دارای چند مگاپیکسل وضوح و حتی چند صد فریم در ثانیه هستند. Camera Link نرخ انتقال داده را تا ۸۵۰ مگابایت بر ثانیه پشتیبانی می‌نماید. Camera Link در حال تبدیل‌شدن به استانداردی برای دوربین‌های اسکن خطی به خاطر نرخ خط بالا و حجم عظیمی از داده‌ها است که به‌وسیله این دوربین‌ها می‌تواند تولید شود.

ازآنجایی‌که این استاندارد به‌صورت خاص برای دوربین‌های صنعتی طراحی‌شده است. Camera Link دارای مزایای واضحی ازجمله پهنای باند بسیار بالا، استفاده آسان و امنیت بالای داده است. تمام اجزای یک راهکار Camera Link باید با استاندارد Camera Link همخوانی داشته باشند. کابل‌ها، کانکتورها و کارت‌های گربر فریمی که با این استاندارد هم‌خوانی دارند؛ به‌طورمعمول در مصارف دیگر پردازش تصویر مورداستفاده قرار نمی‌گیرند.

این اجزا و درنتیجه کل راهکار Camera Link به‌طور خاص گران است. همچنین هرکدام از اجزا باید توسط تولیدکننده تایید شود و سازگاری با دیگر اجزا موردبررسی قرار بگیرد. تنها این امر است که اجرای روان و صحیح را تضمین می‌نماید.

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

خلاصه‌ای از Camera Link

 

سرعت:

پایه (حداکثر ۲۴ بیت در هر کلاک) – برای مثال ۲۵۵ مگابایت بر ثانیه

متوسط (حداکثر ۴۸ بیت در هر کلاک) برای مثال ۵۱۰ مگابایت بر ثانیه

بیشینه ( حداکثر ۸۵ بیت در هر کلاک) برای مثال ۸۵۰ مگابایت بر ثانیه

طول کابل:

حداکثر ۱۰ متر برای فرکانس ۸۵مگاهرتز

 

مزایا:

  • استاندارد ثابت‌شده
  • نرخ بالای انتقال داده
  • امکان تغذیه تنها با یک کابل (PoCL)

محدودیت‌ها:

  • احتیاج به گربر فریم خاص
  • تجهیزات جانبی سطح بالا (گربر + کابل‌ها)
  • طول کابل

مقایسه پردازش تحمیل‌شده به پردازنده از رابط‌های FireWire، USB3 Vision و GigE  Vision

نمودار زیر بیانگر تفاوت بار تحمیل‌شده بر پردازنده در میان سه رابط فاقد گربر فریم است. برای انتقال عکسی با اندازه یکسان مقدار اندک بار پردازشی برای FireWire و USB3 وجود دارد؛ چراکه هر دو استاندارد از DMA (دسترسی مستقیم به حافظه) استفاده می‌کنند. بار پردازشی تحمیل‌شده از طرف GigE اندکی بالاتر است؛ چراکه GigE نیازمند کپی اطلاعات است.

جمع‌بندی

رابط «یگانه جهت تمام کارها» برای دوربین‌های صنعتی دیجیتال وجود ندارد. اما واضحاً برنده‌هایی برای آینده وجود دارند.

مشاهده‌کنندگان صنعتی انتظار دارند برخی از رابط‌ها در طول زمان از فناوری بینایی حذف و یا کاهش یابند. مانند: FireWire، به خاطر موجود نبودن در بازار و USB2 به خاطر محدودیت‌هایش در انتقال پایدار تصویر از آن جمله‌اند. هر دو رابط با توجه به پهنای باند پایین و حرکت بازار به سمت وضوح تصویر و سرعت بالاتر مناسب نیستند.

رابط ایترنت گیگابیت به خاطر دارا بودن بیشترین انعطاف با توجه به طول کابل و استفاده از چند دوربین، نقشی اساسی در حوزه‌های مختلف کاربردی ایفا می‌نماید.

بعلاوه، USB3 به لطف استاندارد USB3 Vision به اوج‌گیری خود ادامه می‌دهد. USB3 Vision سرعت‌بالا، تحمیل کم بار پردازشی به پردازنده و هزینه کم سامانه را باهم ترکیب نموده است. USB3 با USB2 و FireWire جایگزین خواهد شد. کاربرانی که اولویت اول آن‌ها سرعت و وضوح تصویر است؛ باید رابط Camera Link Full را انتخاب نمایند. رفتار پیش‌بینی‌شده‌ی دیگر، جایگزینی Cameralink نسخه Base و Medium با USB3 (به دلیل قیمت) است. رابط‌های پرسرعت دیگر نیز دارای تعدادی مزیت هستند. اما هم‌اکنون با توجه به بازار مرتبط دارای هزینه‌های بالایی هستند.

GigE، USB3 و CameraLinkFull  دورنمایی از آینده هستند. Basler انتخاب رابط را برای کاربران به‌راحتی هرچه بیشتر با فراهم‌سازی تمام رابط‌های اصلی محیا ساخته است. از دوربین‌های اسکن منطقه‌ای کوچک تا دوربین‌های اسکن خطی، تمام دوربین‌ها با پلتفرمی یگانه (Basler pylon) کار می‌کنند. این فاکتور سبب می‌شود تا انعطاف‌پذیری بالا و کمترین اقدام، زمانی‌که به یک رابط جدید مهاجرت می‌نمایید لازم باشد.

جدول زیر خلاصه‌ای از این مقاله برای دستیابی سریع است.

مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی

ممنون که مطلب ما را در مورد مقایسه فناوری‌های رایج رابط دیجیتال در فناوری بینایی مشاهده نمودید،شما همچنین می توانید مطالب ما در شبکه های اجتماعی همچون اینستاگرام،اپارات و لینکدین مطالعه کنید،لطفا سایر مطالب ما را نیز پیگیری کنید.

نویسنده: René von Fintel مدیر ارشد تولید باسلر

مترجم: مهندس محمد کیانی

دیدگاه ها بسته شده است