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    Schnittstellen

    Sichere Datenübertragung über längere Strecken

CameraLink

Als absolute High End-Schnittstelle mit der größtmöglichen Datenrate ist der CameraLink-Standard fest in der industriellen Bildverarbeitung etabliert und hat die LVDS-Schnittstelle komplett ersetzt.

CameraLink (CL) ist ein Standard, der von der Automated Imaging Assosiation (AIA) geschaffen wurde. Die Mitglieder der AIA sind viele renommierte Kamera, Frame Grabber und Software-Hersteller der industriellen Bildverarbeitung. CL ist eine Weiterentwicklung des Channellink-Protokolls und wurde im Jahr 2000 in der Spezifikation 1.0 speziell für die sichere Bildübertragung bei gleichzeitig großen Datenmengen geschaffen. Im November 2011 wurde die Version 2.0 veröffentlicht.

 

Vorteile der CameraLink-Schnittstelle

  • CameraLink bringt dem Anwender die höchste Datenrate mit bis zu 680MByte/s. Hochauflösende Bildsignale von schnellen Flächen- und Zeilenkameras lassen sich damit übertragen. Fast jeder großer Anbieter von HighEnd-Kameras für die industrielle Bildverarbeitung bietet Camera-Link-Kameras an.
  • Die digitale Bildübertragung bietet eine verlustfreie Signalübertragung und findet über standardisierte Signale, Kabel und Stecker ab. Gegenüber der LVDS-Schnittstelle sind nun an allen Produkten aller Hersteller von Kameras und Frame Grabbern dieselben Stecker und Buchsen in Verwendung. Die Steckverbindungen sind verschraubt oder geclipst und damit industrietauglich.
  • CameraLink als Industrie-Standard senkt aufgrund dieser Kompatibilität die Kosten für Kameras, Frame Grabber, aber besonders für Kabel.
  • Neben den Datenleitungen zur Bildübertragung sind in der CameraLink-Schnittstelle eine zweiadrige serielle Schnittstelle zur Konfiguration und Regelung der Kamera, sowie vier weitere Adern zur Übertragung von Trigger- und Synchronisationssignalen implementiert.  Diese externe Triggerung ermöglicht eine sehr geringe Auslöseverzögerung  und gewährleistet eine möglichst echtzeitfähige Steuerung der Kamera.
  • Neben des CameraLink-Kabels wird nur noch ein weiterer Stecker für die Spannungsversorgung der Kamera benötigt. In der neuesten Spezifikation 1.2 von CameraLink wird auch nun PowerOverCameraLink (PoCL) und eine MiniCameraLink-Steckverbindung mit PoCL eingeführt, so dass nur noch ein einziges Kabel verwendet werden muss. Erste, neue Kameras für Mini CameraLink wurden im Jahr 2008 eingeführt.

 

Eigenschaften von CameraLink

  • CameraLink ist eine serielle Hochgeschwindigkeits-Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Maximal zwei Kameras lassen sich an einem Frame Grabber mit einem Rechnersystem verbinden. Weitere Kameras erfordern den Einsatz zusätzlicher Frame Grabber-Karten.
  • Die Bitbreite pro Pixel kann zwischen 8 und 16 Bit variieren.  Die maximale Pixelfrequenz der Datenleistung beträgt 85 MHz. Müssen noch mehr Daten übertragen werden, kann dies in mehreren parallelen Datenströmen erfolgen. Diese werden Taps genannt.

CameraLink gibt es in drei verschiedenen Variationen:

  • Base (maximal 24 Bit pro Takt) – ca. 255 MB/s bei 3 Taps à 8 Bit (3 Byte * 85 MHz)
  • Medium (maximal 48 Bit pro Takt) - ca. 510 MB/s
  • Full (maximal 64 Bit pro Takt) – ca. 680 MB/s bei 8 Taps
  • Camera-Link-Kameras werden mit Hilfe von Frame Grabbern an ein PC-System angeschlossen. Diese Einsteckkarten für den  PCI- oder PCI Express-Bus können durch die Verwendung von DMA-Kanälen mit extrem niedriger Prozessorlast die Bilddaten in den Arbeitsspeicher transferieren. Daher erfordert die Bilddatenübertragung mit Camera Link eine extrem geringe Prozessorleistung des Systems.
  • Die Camera-Link-Spezifikation definiert einen Standard für Kabel, Anschluss, Signalformat und serielle Kommunikationsschnittstelle. Allerdings ist im Gegensatz zu FireWire und im "Luxusfall" GigE Vision die Kommunikation zwischen Kamera und Rechner jedoch nicht durch einen speziellen Standard definiert. Für den korrekten Betrieb ist ein passendes config file nötig, das dem Frame Grabber und Software mitteilt, wie die Bildübertragung und über welche seriellen Kommandos die Regelung der Kamera erfolgt.
  • Über die standardisierte Kabelverbindung mittels eines MDR26-Steckers lässt  sich nicht die gesamte Bandbreite der Medium- und Full-Spezifikation realisieren. Statt der Verwendung anderer Stecker und Kabel wird die Kommunikation über ein zweites CameraLink-Kabel und eine zweite Anschlussbuchse an der Kamera und am Frame Grabber abgewickelt (siehe Bild rechts oben).
  • Typische Kabellängen, die mit CameraLink realisiert werden, betragen rund 10 Meter.  Bei der Verwendung besonders hochwertiger Kabel, Frame Grabber und Kameras kann diese Spezifikation bei geringerer Pixelfrequenz noch etwas überschritten werden. Mini CL-Stecker und Kabel bieten dem Anwender aufgrund der Miniaturisierung eine etwas geringere Performance.
  • Müssen noch längere Strecken überbrückt werden, können Repeater oder für besonders lange Strecken bis 500 Meter Glasfaser-Koppler eingesetzt werden.

 

Nachteile von  CameraLink

  • Für den Betrieb wird ein Frame Grabber benötigt, der nur Anschlussmöglichkeiten für zwei Kameras ermöglicht. Multikamerasysteme werden daher nicht mit CL realisierbar.
  • CL-Kameras sind typischerweise etwas hochpreisiger,  auch der Einsatz einer Frame Grabber-Karte sorgt für höhere Zusatzkosten.
  • Die Kabellängen sind mit 10 m für bestimmte Applikationen nicht ausreichend. Glasfaser-Übertragungssysteme sind sehr teuer.

 

Fazit:
CameraLink dient als etablierte High End-Schnittstelle, um hohe Datenmengen einzelner Flächen- wie Zeilen-Kameras an einen PC zu übertragen. Aufgrund der Systemkosten ist CameraLink für die Masse der (einfachen) Standard-Applikationen zu teuer. Hier werden gerne andere digitale Schnittstellen, wie USB3 Vision oder GigE Vision verwendet.

 

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