マシンビジョンインターフェースの未来

USB3ケーブル。 出典: アニル・オズタス

これは高解像度の GigE カメラです。 出典: ルメネラ

こちらは高性能 USB 3.0 カメラです。 出典: ルメネラ

イーサネットケーブル。 出典: Raysonho @ Open Grid Scheduler/Grid Engine

フレームレート、ビット深度、解像度に対する要求が増え続ける中、インターフェイス規格は、速度と堅牢性を高めてデータを転送する新しい方法でこれらの変化に適応する必要があります。 GigE Vision や USB3 Vision などの最新のインターフェイス標準は、一般的に入手可能なインターフェイスとケーブルを使用しながらストリーミング ビデオ フレームの送信をサポートしており、フレーム グラバー (コンピュータがフレームをキャプチャできるようにする高価なネットワーク インフラストラクチャ) などの特殊な機器を使用する必要がありません。ストリーミングビデオ接続)。 フレーム転送プロトコルは標準に直接組み込まれており、コストと実装の複雑さを最小限に抑えます。

これらすべてを念頭に置いて、この記事では、フレーム グラバーを必要としない最も一般的なマシン ビジョン インターフェイスの現状と近い将来について考察します。

GigE Vision インターフェイス規格は以前から存在しており、USB3 Vision よりも広く採用されています。 現在の状態では、インターフェイスは 1 本のケーブルで最大 100 メートルの距離で最大 115 MB/秒のスループット速度が可能です。 GigE Vision は、イーサネット仕様に組み込まれた下位互換性の恩恵を受け、新しい 2.5GBase-T、5GBase-T、および 10GBase-T インフラストラクチャ上で実行できるようになります。 銅線ベースの CAT5e/CAT-6a/CAT-7 ケーブルの Power over Ethernet (PoE) 仕様を使用して電力供給も可能です。 この仕様により、各ケーブルは接続されたカメラに最大 25 W の電力を供給できます。

電力と速度を向上させるために、2 本のケーブルをタンデムに使用して、スループットと電力供給を効果的に 2 倍にすることができます。 これは、GigE Vision 標準が完全にサポートするリンク アグリゲーション (LAG) を使用して実現されますが、このタイプの接続で安定性を実現するのは簡単ではありません。 また、イーサネット固有のネットワーキング機能もサポートしているため、既存のネットワークへの統合や、さまざまなトポロジのイーサネット スイッチとの使用が可能になります。 繰り返しになりますが、プロトコルの性質により、より複雑なネットワーク全体で安定性の問題が発生する可能性があります。

通常、ビジョン システム内のすべてのカメラは同じネットワーク上にあるため、GigE Vision ではすべてのカメラに同時にトリガー コマンドをブロードキャストでき、カメラ間の高度な同期が可能になります。 さらに、GigE Vision は、RAW (非圧縮)、JPEG、JPEG 2000、H.264 など、ネットワーク内での複数のデータ形式の送信をサポートしますが、これらに限定されません。

現在進行中の GigE Vision の次のステップは、NBase-T と 10 ギガビット イーサネットの実装です。 NBase-T を使用すると、すでに設置されているケーブル配線インフラストラクチャをアップグレードすることなく、ギガビット イーサネットの最大 5 倍の速度でデータを送信できます。 NBase-T は、既存のシステムにわずかな変更を加えるだけで済むため、ギガビット イーサネットと 10 ギガビット イーサネットの間の移行として機能することを目的としています。 ユーザーはシステム全体を 10 ギガビット イーサネットにアップグレードする準備ができたら、2 つの方法のいずれかでアップグレードできるようになります。

10 ギガビット イーサネットでは、最長 100 メートルの銅ベースの CAT-6a/CAT-7 ケーブル、または最長 5 キロメートルの距離に到達できる高価なシングルモード光ファイバ ケーブルのいずれかを使用できます。 どちらのケーブルタイプも、最大 1,100 MB/秒のデータ伝送速度をサポートします。 ただし、光ファイバー ケーブルはデバイスに電力を供給できません。 これには、遠端でデバイスに電力が供給される必要があります。

USB3 Vision 標準は、GigE Vision や他のビジョン標準から得られた経験と専門知識に基づいて構築されました。 現在、この規格は、100 メートルをはるかに超える距離で 400 MB/秒の画像スループット速度をサポートしています。 パッシブ、アクティブ、および光ファイバー延長ケーブルの組み合わせにより、USB3 Vision は最大 125 メートルの距離に到達できます。 パッシブおよびアクティブ ケーブルを使用する場合は電力供給も可能で、4.5W の電力をカメラに供給します。 ただし、ケーブルの長さはそれぞれ約 10 メートルと 25 メートルに制限されます。 また、データ送信時の消費電力は以前の USB 2.0 テクノロジーに比べて 3 分の 1 であり、全二重送信が可能です。