Echtzeitbildverarbeitung mit GigE Vision®
GigE Vision® steht für "Gigabit Ethernet for Machine Vision" und definiert einen Schnittstellen-Standard aus der industriellen Bildverarbeitung, der den einfachen Anschluss von Industriekameras an vorhandene Netzwerksysteme ermöglicht. Die Nutzung des Gigabit-Ethernet-Standards und die Kommunikation über UDP/IP bilden die Voraussetzung für GigE Vision. Ziel ist die größtmögliche Kompatibilität zwischen Kamera-, Hard- und Softwareherstellern. GigE Vision als Schnittstellen-Standard zwischen industrieller Kamera und PC besitzt derzeit eine deutlich höhere Popularität als die älteren Standards wie IEEE 1394 oder USB. Der Migrationspfad in Richtung 10-Gigabit-Ethernet (im Standard GigE Vision 2.0 bereits definiert) ist sicher ein weiterer Grund dafür.
Der GigE Vision-Standard verweist auf die allgemein gültige Softwareschnittstelle GenICam und die Geräte teilen der generischen Software ihre Funktionen mit. Die dafür verwendete Beschreibungssprache ist XML. Der GigE Vision-Standard definiert die automatische Anmeldung der Komponenten im Netz, die Zuordnung der IP-Adressen, die Konfiguration und Steuerung der Digitalkamera und die verbindungsorientierte Datenübertragung mittels GVCP-Protokoll.
Die Vorteile von GigE Vision liegen in der Austauschbarkeit der Hardware und im industriellen Ansatz. Die Bildverarbeitung kann dadurch preiswerte Kamera-Komponenten benutzen, ebenso wie die bekannten Verkabelungskomponenten von Gigabit-Ethernet. Da es sich bei Gigabit-Ethernet um einen IEEE-Standard handelt, können Kameras unterschiedlicher Hersteller für Streaming und für industrielle Bildverarbeitung eingesetzt werden. Die überbrückbare Entfernung beträgt 100 m, was mit den vorher genannten Schnittstellen nur schwer oder gar nicht über Twisted-Pair-Kabel realisierbar war.
Aufgabenstellung und Lösung
In der Bildverarbeitung ist der Einsatz von Windows-Betriebssystemen unumgänglich, weil die meisten Anwendungsprogramme Windows vorgeben. Normalerweise (ohne Einsatz einer Echtzeiterweiterung) werden jedoch die Entwickler in den meisten Fällen mit vermeidbaren Problemen konfrontiert:
- einzelne Datenpakete der GigE Vision Kameras fallen aus und damit sind Bilder unbrauchbar oder nur teilweise übertragen worden,
- die Reaktionszeit innerhalb der Windows-Anwendung ist zu lang und nicht deterministisch.
Ein Beispielszenario findet sich beispielsweise in der Qualitätssicherung in der Verpackungsindustrie, wo eine Gut-/Schlecht-Reaktion innerhalb einer bestimmten Zeit erfolgen muss, um ein fehlerhaftes Produkt rechtzeitig aus dem Prozess nehmen zu können. Das Camera Module der »RealTime Suite« löst dies auf beeindruckende Weise.
Der Ausfall von Datenpaketen wird mit ausreichend groß dimensionierten Pufferspeichern und auf der Basis der Echtzeit-Netzwerktreiber zuverlässig verhindert. Die Reaktion auf eingetroffene GigE Vision-Bilder erfolgt sofort im Kontext der Echtzeitumgebung innerhalb weniger Mikrosekunden. Dabei kann eine Echtzeit-Task aktiviert werden, um eine sofortige Steuerungsreaktion auszulösen.
Vor allem bei der Verarbeitung hochauflösender Bilder, kombiniert mit hohen Frameraten, kommen leicht Datenmengen zustande, die mit normalen Windows-Mechanismen nicht mehr beherrscht werden können.
Camera Module
Bilderfassung von GigE Vision® Kameras in Echtzeit
- Common
- Features
The Camera Module serves as a functional module for capturing image data of industrial cameras according to the GigE Vision® standard in real-time. It provides all necessary functions for detection and management and for creating real-time streams.
Large buffer memory along with real-time network drivers reliably prevent any loss of data packets. The reaction on incoming GigE Vision images takes place instantly in the context of the real-time environment within a few microseconds. In that moment a real-time task can be activated, in order to execute a control reaction instantly. The comprehensive image processing library HALCON of the Munich-based company MVTec GmbH can be also used in real-time, so you can implement powerful solutions.
The Camera Module delivers a data throughput of up to 125 MByte/s due to the real-time based network drivers, that means up to the theoretical maximum.
The results of the image processing can be given to the process even in the real-time context without any delay, e.g. over EtherCAT® or CANopen®. Accordingly, automation solutions can be easily combined with several other themes within the »RealTime Suite«.
The Camera Module needs the Packet Module as a requirement, which is providing the network drivers.
- Image acquisition with GigE Vision® cameras in real-time, event or request based
- multiple simultaneous cameras, hot-plugging, error processing, configuration in accordance with GenICam 2.0
General features
- every GigE Vision® compliant camera is supported
- connect to multiple cameras
- hot plugging
Control
- automatic connection handling
- full access to camera configuration space
- read and write camera memory
- set custom heartbeat timeout
- start and stop acquistion of images by software
- set acquisition mode by software
- GenICam xml configuration file automatically downloaded
- access to GenICam features to configure your camera
- error handling
Streams
- one or more streams per camera possible
- acquisition of images in real-time
- high performance acquisition, no unnecessary copying
- set your own buffer size and buffer count
- get informed on missed or incomplete images
GenICam features
- enumerate all categories
- set and retrieve all accessible camera features like image format, pixel format, frame rate, exposure time and more
Image Processing
- write your own machine vision application using libraries like HALCON
- image processing libraries are loaded to kernel mode using the //Kernel Module//
- processing is done in real-time
- do operations like: matching, segmentation, 3D matching, OCR and more
Vision Module
Bildverarbeitung mit HALCON™ in Echtzeit
- Common
- Features
The Vision Module complements the RealTime Module and supports industrial cameras compliant with the GigE Vision® standard and thus enables an immediate control reaction when the image has been captured and received by the PC. The widely used image processing library HALCON™ of MVTec from Munich/Germany is suitable for further processing of image data in real-time, so that the implementation of powerful solutions is possible.
- Real-time image processing – write your own machine vision application using libraries like HALCON™
- HALCON™ image processing library is loaded into real-time context
- Image processing is done in real-time tasks
- Do operations like: matching, segmentation, 3D matching, OCR, and more
- After processing, instantly initiate control reaction, e.g. via EtherCAT® Master, CANopen® Master or PLC
