Wahl der richtigen Schnittstelle

In diesem Kapitel geht es ausschließlich um Schnittstellen zur Übertragung von Bildern einer Industriekamera zu Rechnersystemen, die diese Daten dann anschließend auswerten.

Vor allem in der Anfangszeit wurden analoge Datenschnittstellen zur Bildübertragung von CCIR oder PAL-Signalen etc. eingesetzt, die dann mit Hilfe einer Frame Grabberkarte auf dem PC digitalisiert werden mussten. Dieses Verfahren wird nach wie vor in vielen Anwendungsbereichen verwendet, da die verfügbare Technik bekannt, robust und ausgereift ist.

Neue Kamera-Entwicklungen der letzten Jahre zeigen jedoch einen Trend zu digitalen Schnittstellen, bei denen das Bild bereits in der Kamera digitalisiert und  dann als Digitaldaten ohne Qualitätsverlust zum Rechner gesendet werden. Viele der hier genutzten Schnittstellen, wie USB 2.0, FireWire oder Gigabit Ethernet sind heute bereits auf modernen Mainboards integriert, so dass eine zusätzliche Einsteckkarte im Rechner entfallen kann.

Vergleich verschiedener Schnittstellen-Typen

Dem Anwender steht heute eine Vielzahl an Schnittstellen bereit, die in der Lage sind, die unterschiedlichsten Ansprüche zu erfüllen. Neben der eigentlichen Aufgabe, Daten zu transportieren, sollte der Anwender auch auf die "B-Note" achten. Robustheit, Datensicherheit, Langzeitverfügbarkeit & Kompatibilität sind wichtige Kriterien für industrielle Applikationen!

• Die Datenrate, die mit diesen Schnittstellen transportiert werden können, reicht für viele Anwendungen aus: Applikationen mit einer oder mehreren Kameras mit einigen Bildern pro Sekunde lassen sich heute so ziemlich mit allen Schnittstellen realisieren. Sollten jedoch besonders zeitkritische Applikationen, Systeme mit hoch auflösenden Kameras, vielen Bildern pro Sekunde oder Bildaufnahme von vielen Kameras gleichzeitig  realisiert werden, sollte unbedingt die benötigte Bandbreite und das Übertragungskonzept studiert werden. Die Netto-Bandbreite kann durchaus variieren, wenn eine oder mehrere Kameras am Bus betrieben werden. Klären Sie solche Details ab, falls die Bandbreite knapp werden sollte.

• Die Anzahl der maximal anschließbaren Kameras ist oftmals ein theoretischer Wert und gibt nur an, wie viele Devices direkt ansprechbar sind. Achten Sie bei Multikamerasystemen darauf, wie viele Kameras gleichzeitig Bilder versenden können, ohne dass Bildverluste auftreten.
• Ein wichtiges Argument bei der Auswahl einer Schnittstelle ist auch die Frage, in wieweit diese für den Zweck der Bilddatenübertragung und Kamerasteuerung standardisiert ist. Ist dieses nicht der Fall, bleibt die Kamera-Hardware wie die dahinter stehende Software eine proprietäre Sonderlösung und als Anwender bindet man sich an bestimmte Hardware- und SoftwareHersteller. Auch die Frage der Treiber-Unterstützung und Pflege für verschiedene Betriebssystem-Versionen sollte nicht zu kurz kommen!

• Der Einsatz zusätzlicher Interface-Karten hat Vor- und Nachteile. Onboard-Schnittstellen sparen Geld und ermöglichen kompakte Lösungen. Zusätzliche Einsteckkarten für FireWire/ GigabitEthernet bieten oftmals hochwertigere Chipsätze und eventuell sogar eine höhere Bandbreite. Echte Frame Grabber-basierte Systeme bieten ebenfalls Vorteile: so handelt es sich nicht um irgendwelche Schnittstellen, die teilweise vom Betriebssystem kontrolliert werden, sondern um  echtzeitfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit höchster Datensicherheit.
• Besonders bei industriellen Applikationen sind Kabellängen ein wichtiges Thema. Digitale Schnittstellen sind im Vergleich zur analogen Bildübertragung  generell stark limitiert, da das Signal nicht nur etwas mehr verrauscht, sondern bei Überschreitung der Länge einfach abbricht. Mit speziellen Kabeln oder durch das Versenden von Bildern mit reduzierter Busgeschwindigkeit können auch längere Strecken jenseits der Spezifikation realisiert werden. Reicht dies nicht aus, kann teilweise mit Extendern oder Glasfaser-Datenübertragung die Strecke verlängert werden. Klären Sie Ihr Anforderungsprofil an Kabel- und auch Steckertechnik genau ab. Schleppketten- oder Robotertaugliche Kabel, verschraubbare  Kabel sind nicht für alle Kamera- und Schnittstellenkombinationen erhältlich!

Wie geht es weiter?

Die Aussichten sind heiter bis extrem sonnig. Die Entwicklung moderner Schnittstellen schreitet stetig voran und wird mit etwas Zeitverzögerung auch für Bildverarbeitungszwecke adaptiert. USB 3.0, IEEE 1394-2008 (S 3200), 10GigE und neue Erfindungen wie CoaXPress stehen schon heute in den Startlöchern. Die Entwicklung von Chipsätzen, Kabeln und Steckern wird vom Rechnersysteme-Massenmarkt getrieben und wird daher kostengünstig für alle Anwender.