Bildverarbeitung - CoaXPress 2.0 und FPGA Vorverarbeitung - CXP-12 Framegrabber, Hardware, Software, Kameras
Bildverarbeitung - CoaXPress 2.0 und FPGA Vorverarbeitung - CXP-12 Framegrabber, Hardware, Software, Kameras
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Als Interface für hohe Datenraten hat sich inzwischen die CoaXPress Schnittstelle deutlich durchgesetzt. Über 40 verschiedene Firmen unterstützen inzwischen den im Jahr 2011 eingeführten Standard mit einer Vielzahl an Produkten: Kameras, Framegrabber, Kabel, IP-Cores, Referenzdesigns und vieles mehr erlauben Vision Entwicklern aus einem breiten Portofolio an Hard- und Software zu schöpfen, um anspruchsvolle Anwendungen umzusetzen.
Der Erfolg von CoaXPress liegt im Wesentlichen begründet in drei Eigenschaften, die das Interface gegenüber den anderen etablierten Alternativen Camera Link und ?hardware-freien? Lösungen wie GigE Vision und USB3 Vision abheben.
* Hohe Datenraten von 6.25 Gbps über einen CXP-Link, steigerbar auf 25 Gbps durch die Aggregation von bis zu vier Links erlauben heute den Betrieb von z.B. 25 Megapixel bei bis zu 80 Bilder/s
* Günstige, einfache, robuste, dünne und vor allem lange Verkabelung zwischen Kamera und Framegrabber. Über eine einzige Koaxleitung werden Bilddaten, Kamera-Kontrolldaten und sogar die Stromversorgung übertragen.
* Garantiertes Echtzeit-Verhalten einschließlich Realtime-Triggerung und minimaler Datenlatenz bei der Übertragung sowohl bei hohen Datenraten als auch bei komplexen Multi-Kamera-Setups.
Die umgesetzten Anwendungen finden sich heute in Bereichen wie Medical Packaging, Wafer und Wafer-Masken Inspektion, Realtime-Partikelanalyse. Allen CoaXPress-Anwendungen ist gemein, dass hoher Datendurchsatz mit hohe Transfer-Verlässlichkeit und hohem zeitlichen Determinismus kombiniert sind.
Die Entwicklungen im Sensor- und damit auch im Kamerabereich stehen nie still. Auflösungen und Bildraten wachsen kontinuierlich und Sensorhersteller wie GPixel bieten Lösungen mit fast 4 GB/s an (Global Shutter CMOS Sensor aus der GMAX Serie mit 25 Megapixel bei 150 Bilder/s). Auch der vermehrte Einsatz von Farb- oder gar Multi-Spektralkameras lassen den Bandbreitenbedarf eines BV-Systems immer weiter steigern.
Die wichtigsten Verbesserungen von CoaXpress 2.0 gegenüber der Version 1.1.1 sind:
* Verdopplung der Geschwindigkeit: Neben den bisherigen Datenraten von 6.25 Gbps über einen CXP-Link werden 10 Gbps (CXP-10) und 12.5 Gbps (CXP-12) eingeführt. Damit steigt die Datenraate bei Verwendung aller 4 CXP-Links auf bis zu 5 GB/s. Parallel zur Verdopplung des Transfervolumens wird auch die Uplink Geschwindigkeit verdoppelt: hiermit sind dann Triggerraten von bis zu 500 kHz über die Standardverkabelung stabil möglich.
* GenICam Event-Packets: nun können vergleichbar zur GigE/USB3 Vision auch CXP Kameras zusätzliche Informationen (wie z.B. interne Temperaturen, IO Status, etc.) übertragen und dem System zu noch mehr Transparenz verhelfen.
* Mit Multi-Destination wird es möglich sein, dass ein Sender (=Kamera) Bilddaten auf verschiedene Framegrabber verteilt. So lassen sich BV-Systeme dann auch von der Verarbeitungsleistung her beliebig nach oben skalieren.
Demonstrationen und Produkte auf Basis von CoaxPress 2.0 wurden von verschiedensten Herstellern erstmalig auf der VISION 2018 gezeigt.
Ein Beispiel hierfür ist einer der ersten CXP 2.0 Framegrabber, das Rapixo Board von Matrox Imaging. Das Board unterstützt mit vier CXP Links sowohl die bisherige CXP-6 Geschwindigkeit als auch den neue CXP-12 Linkspeed von Coaxpress 2. Damit ist das Board sowohl für heute verbreitete Kameras als auch die zukünftige Generation einsetzbar. Mit dem PCIe 3.1 x8 Host Interface werden die bis zu 4 GB/s Datenrate, unterstützt von bis zu 4 GB onboard Memory stabil, sicher und latenzfrei zum PC übertragen. Die flexiblen Trigger- und IO-Funktionen des Boards erlauben das Aufsetzen von Systemen mit komplexen zeitlichen Ablauf- und Triggerzyklen. Dies ist ein großer Vorteil bei der Integration in z.B. AOI Syteme mit schnellem Umschalten verschiedener Beleuchtungsszenarien oder bei Track-and-Trace Anlagen, in denen Produkte lückenlos innerhalb der Produktsmaschine verfolgt werden müssen.
Das vollständig lüfterlose Design des Boards stellt sicher, dass es auch im raueren Industrieumfeld im Dauerbetrieb ohne Maintenance-Unterbrechungen verwendet werden kann. Die Matrox Produktphilosophie garantiert durch die sorgfältige Auswahl der verwendeten Elektronik-Bauteile eine hohe Verfügbarkeit und einen langen, kontrollierten Lebenszyklus, der sogar Revision Change Control und Copy Exact Prozesse erlaubt.
Rapixo ist aber weit mehr als ein reiner CXP 2.0 Framegrabber. Zusätzliche Produktoptionen integrieren einen Xilix Kintex UltraScale FPGA, der an bis zu 8 GB Speicher mit einer Geschwindigkeit von 34GB/s angeschlossen ist. In Kombination mit dem Matrox FPGA Development Kit (FDK) können kundenspezifische Algorithmen direkt auf das Board integriert werden. Dies geschieht entweder in Form des Matrox Professional Service als Dienstleistung. Alternativ können Anwender unter Verwendung der Vivado High-Level Syntehesis (HLS) selbst in C/C++ entwickeln und mit dem Vivoado IP Integrator den Code direkt in den FPGA spielen. Damit erweitert sich das Rapixo Board von der reinen Datenerfassungs hin zu einem flexibel anpassbaren Rechenkraftwerk zur Vorverarbeitung der Daten und hebt anspruchsvolle Anwendungen auf ein neues Niveau.
Neben dem leistungsfähigen Matrox Rapixo Framegrabber, wird CoaXPress 2 aber auch im Bereich der industriellen Kameras wesentliche Performance-Steigerungen erlauben. Neben der Realtime-Fähigkeit einer Grabberbasierten Lösung ist besonders interessant die Tatsache, dass man mit nur einem einzigen, sehr günstigen Koax-Kabel die Geschwindigkeit GigE und sogar von Camera Link Full übertrifft und dabei gleichzeitig die Einschränkung der Kabellänge von USB3 umgeht. Auf der VISION in Stuttgart stellen namhafte Kamerahersteller Produkte vor. Adimec wird eine Beispielanwendung mit CXP-12 Geschwindigkeit zeigen und im Laufe des nächsten Jahres dann schnelle, hochauflösende Kameras mit CoaXPress 2 vorstellen. Auch die Basler AG wird zur Vision mit Lösungen auf der Basis dieses neuen Interface auftreten, die dann ab Mitte 2019 das neue Basler Performance Segment bilden. Zusätzlich arbeiten weitere Flächen- und Zeilenkamerahersteller bereits an diesem neuen Interface und werden zur Vision erste Lösungen präsentieren.
CoaxPress 2 wird sich schnell zum neuen Standard im Bereich der Anwendungen mit hohen Datenraten durchsetzen, da es mit seinen technischen Vorteilen Anbietern von Bildverarbeitungslösungen eine optimale Lösung darstellt, die Geschwindigkeit der Systeme deutlich zu steigern Es wird von einer breiten Basis unterschiedlicher Hardware-Hersteller implementiert, so dass eine rasche Verfügbarkeit und Marktakzeptanz zu erwarten ist.
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