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CameraLink

Direkte Stromversorgung über Power-over-CameraLink

| Redakteur: Gerd Kucera

CameraLink hat sich als Standard im Highend-Bereich der industriellen Bildverarbeitung (IBV) bestens etabliert. Mit der jüngsten Erweiterung um Power-over-CameraLink (PoCL) wird das Interface jetzt noch komfortabler und preiswerter, sodass „plug and play“ in greifbare Nähe rückt. Leutron Vision zählt zu den Ersten in der IBV-Branche, die bereits über Praxiserfahrungen mit PoCL verfügen.

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Mathias Leumann, Leutron Vision AG: „CameraLink-Lösungen auf PoCL-Basis bringen in Kombination mit digitalen PicSight-Kameras und entsprechenden PCI-Grabbern technische wie preisliche Vorteile.“
Mathias Leumann, Leutron Vision AG: „CameraLink-Lösungen auf PoCL-Basis bringen in Kombination mit digitalen PicSight-Kameras und entsprechenden PCI-Grabbern technische wie preisliche Vorteile.“
( Archiv: Vogel Business Media )

Durch Power-over-CameraLink wird das modulare Kamerakonzept PicSight von Leuton Vision, das CameraLink als Schnittstelle zur Auswahl stellt, weiter aufgewertet. Die Kameras werden jetzt direkt von den PoCL-konformen Frame-Grabbern über das CameraLink-Kabel mit Strom gespeist. Bis vor kurzem musste man für die Stromversorgung noch ein gesondertes Kabel oder ein Netzteil einsetzen, was höhere Kosten verursacht hat.

CameraLink für hohe Transferraten

Im Jahr 2000 initiierte ein Komitee innerhalb der amerikanischen Automated Imaging Association (AIA) den CameraLink-Standard (kurz CL), eine serielle digitale Schnittstelle zwischen Kamera und Frame-Grabber, die vor allem auf Anwendungen mit hohen Datentransferraten abzielt. Es gibt drei Kanäle beziehungsweise Konfigurationsstufen: Base, Medium und Full wurden definiert, wobei die Taktraten von 40 bis zu 85 MHz reichen. Im Base-Modus werden 3 x 8 Bit parallel über ein Kabel übertragen. In der Medium- und Full-Variante erfolgt der Transfer über zwei Kabel. Hierüber lassen sich dann Übertragungsraten von bis 680 MByte/s erreichen.

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Besondere Schutzmechanismen durch SafePower-Sensor

Als kleines Manko erwies sich beim CL-Interface bisher allerdings die Stromversorgung, da sie nicht direkt über das CL-Kabel erfolgen konnte wie es bei USB oder FireWire der Fall ist. Um diese Unbequemlichkeit zu beheben, wurde innerhalb des AIA-Komitees der CL-Standard erweitert und Power-over-CameraLink (PoCL-Kameras) forciert. Bei der Belegung des 26-Pin-CameraLink-Steckers benutzte man bisher vier Pins zur Erdung. Zwei davon dienen nun der Stromversorgung von bis zu 333 mA bei 12 V oder 400 mA bei 10 V, welche die Kameras vom Frame-Grabber aus über das CL-Kabel speist. Damit es nicht zu Schäden führt, wenn zum Beispiel konventionelle CL-Geräte mit PoCL-fähigen kombiniert werden, müssen die PoCL-Geräte besonderen Schutzmechanismen gerecht werden. Deshalb sollten PoCL-Frame-Grabber eine SafePower-Sensor-Schaltung besitzen, und bei den PoCL-Kameras müssen Eingangswiderstand sowie Eingangskapazität entsprechend abgestimmt sein.

Drei interessante Kriterien für Systemintegratoren

PoCL ist derzeit nur für Basemode-Applikationen vorgesehen, die jedoch in der Praxis am häufigsten vorkommen. Mit lediglich einem Kabel und dem Mini-CL-Stecker wird die Installation jetzt bedeutend einfacher und die Gehäuse der Kameras können kleiner bemessen sein. „Wir haben bei unseren PicSight-Kameras und PicPort-Framegrabbern mit PoCL das Zeitalter der nächsten CameraLink-Generation eingeläutet. Zusammen mit dem GenIcam-Standard (Generic Interface for Cameras) rückt plug and play bei CameraLink immer näher“, sagt Mathias Leumann, Geschäftsführer der Leutron Vision AG, Schweiz.

Bewusst offen gehaltenes Kamerakonzept

Die Praxis zeigt denn auch, dass Systemintegratoren bei ihrer Entscheidung für ein IBV-System drei Kriterien besonders schätzen: Die Systemintegration soll möglichst einfach ablaufen, und das System soll sehr flexibel sein und gleichzeitig wenig kosten. Dem werden IBV-Gerätehersteller wie Leutron Vision gerecht. Denn das bewusst offen gehaltene Kamerakonzept PicSight gesteht dem Anwender eine sehr hohe Flexibilität zu. Es ist modular aufgebaut und erlaubt somit, dass sich Kameras ganz einfach auf die Bedürfnisse eines Anwenders individuell zuschneiden lassen. Unterschiedliche Sensor-, Interface- und Prozessor-Module sind frei kombinierbar und hieraus ergeben sich über 300 Kameravarianten. Allein das Sensorangebot erfasst 28 unterschiedliche Typen, und bis zur VISION 2007 im Herbst soll es weiter aufgestockt werden.

Der Applikationsingenieur kann genau wählen, was er braucht

Ob in CCD-Technik, monochrom oder farbig, angefangen von VGA-Auflösung bis 1628 x 1236 Pixel (UXGA) oder mit CMOS-Sensor und Auflösungen bis über 5 Mio. Pixel, der Applikationsingenieur kann exakt wählen, was er benötigt. Sogar Smartkameras kann er sich mit Hilfe der Smart-Processing-Module zusammenstellen. Für die Bildübertragung stehen digitale Schnittstellen wie Gigabit-Ethernet, USB 2.0 sowie CameraLink zur Verfügung.

CL-Frame-Grabber haben Vorteile im Highend-Bereich

Leumann: „CameraLink-Lösungen auf Basis von PoCL bringen in Kombination mit unseren digitalen PicSight-Kameras und entsprechenden PCI-Framegrabbern sowie günstigen Kabeln sogar Preisvorteile. Frame-Grabber und auch Kameras liegen inzwischen bei nur noch einigen 100 Euro. Hier spielt es dann sehr schnell eine Rolle, ob nochmals 50 bis 100 Euro für ein zusätzliches Netzteil oder Spannungsversorgungskabel hinzukommen, was bei bisherigen CameraLink-Lösungen der Fall war.“

Aufgrund der schnellen Übertragungsmöglichkeiten finden die digitalen CL-Framegrabber ihre Domäne vor allem im Highend-Bereich, wo sehr kurze und berechenbare Latenzzeiten bei der Bilddatenübertragung eine Rolle spielen, etwa bei Anwendungen mit Zeilenkameras oder beim Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras. Hier reichen oft die typischen Übertragungsraten von 25 bis 70 MByte/s der bitseriellen Standards wie FireWire, USB2.0 oder Gigabit-Ethernet nicht aus. Und nach Leutron Vision hat CameraLink mittlerweile alternative Schnittstellen für die digitale Bildübertragung wie RS422; RS644 (LVDS-Low Voltage Differential Signaling) fast komplett abgelöst.

Power-over-CameraLink für PCI-Frame-Grabber

Schon auf der Fachmesse VISION 2006 hatte Leutron Vision seine CameraLink-Frame-Grabber der neuesten Generation PicPort-X und PicPort-Express erstmals mit eigener PoCL-Variante vorgestellt: An PicPort-Express-CL-Frame-Grabber lassen sich Matrix- und Zeilenkameras anschließen. Je nach Version lassen sich an einem Board eine oder zwei Kameras unabhängig voneinander betreiben. Unterstützt werden Kameras in vielfältigsten Konfigurationen (etwa 8 Taps x 8 Bit oder 1 Kanal mit 36 Bit RGB) bis zu einer Größe von 64 K x 64 K und einer Bildpunktrate von 85 MHz.

Ein bis zu 128 MByte großer Bildspeicher, Lookup-Tabellen mit bis zu 4 MByte und zahlreiche TTL, LVDS und optoisolierte Ein- und Ausgänge sind wichtige Funktionsblöcke der Bildeinzugskarten. In den FPGAs stehen Funktionen für die On-board-Verarbeitung wie Bayer-Dekodierung für Farbkameras oder Shading-Korrektur für Zeilenkameras zur Verfügung. Alternativ sind die PicPort-CameraLink-Frame-Grabber einschließlich PoCL auch für den 32/64-Bit-PCI- und PCI-X-Bus erhältlich.

Fundierte PoCL-Erfahrung in unterschiedlichen Anwendungen

Zwischenzeitlich konnten mit PoCL bereits Projekte in unterschiedlichen Anwendungsbereichen realisiert werden, etwa in der Farbkontrolle im Druckbereich mit der digitalen Kamera PicSight P52B CL, die eine Auflösung von 752 x 582 Bildpunkten und eine Bildrate von 50 Hz bietet. Für Aufgaben in der Flaschenkontrolle wurde die PicSight P83B_CL mit XGA-Sensor eingesetzt.

In der Praxis kommt es sogar häufig vor, dass systembedingt der Einsatz von einem zweiten Kabel oder zusätzlichen Netzteil gar nicht möglich ist. Leumann berichtet: „Wir hatten den Fall, dass in einem fertigen Laborgerät für die Vermessung und Farbauswertung von Gläsern die Bildauflösung verbessert werden sollte. Aufgrund der Rahmenbedingungen fiel die Wahl auf eine Frame-Grabber-Lösung. GigEthernet als auch USB 2.0 waren nicht geeignet. Die Kamera saß bei dem Laborgerät in einem Kunststoffgehäuse und ist über ein zwei Meter langes Kabel mit dem Messgerät verbunden. Das Gehäuse zu ändern, wäre viel zu aufwändig gewesen. Zudem durfte nur ein einziges Kabel zwischen Messgerät und Kameragehäuse geführt werden. Eine unserer Kameraversionen, die PicSight-CL, ist glücklicherweise so klein, dass sie gut in das Kunststoffgehäuse gepasst hat. Das Kabelproblem ließ sich dann ganz elegant mit der PoCL-Variante lösen.“

CameraLink-Technik stark aufgewertet

Mit der neuen Generation von CameraLink-Produkten mit Power-over-CameraLink (PoCL) wird die Stromversorgung der Kameras direkt vom Frame-Grabber über das CameraLink-Kabel geführt. Dadurch spart der Anwender ein zusätzliches Kabel oder Netzteil und damit auch Kosten. Die Installation erleichtert sich dadurch erheblich.

Kameras können zudem in einem kompakteren Gehäuse sitzen und damit auch unauffälliger angebracht werden. Durch PoCL ergeben sich kostengünstige digitale IBV-Lösungen als Alternative zu den bisher verwendeten Analoganwendungen. Mit PoCL ist bei entsprechenden Schutzmaßnahmen zu denen SafePower zählt, die Rückwärtskompatibilität zu herkömmlichen CL-Geräten gegeben.

Auf der Messe VISION 2007 zeigt Leutron Vision PoCL-konforme CL-Kameras sowie CL-Frame-Grabber der neuesten Generation.

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