Comment choisir une interface de caméra de vision industrielle (USB3 / GigE / 5gGigE / 10GigE vision) ?

Livre blanc sur les interfaces de caméra de vision industrielle

Cet article fournira un aperçu approfondi des avantages et des inconvénients de chaque type d'interface de caméra de vision industrielle, afin que vous puissiez sélectionner la bonne interface pour votre application de vision industrielle. Il convient de noter que GeT cameras fournit uniquement des caméras de vision industrielle en USB 2.0, USB 3.0, GigE, 2.5GigE, 5GigE et 10GigE, et l'article se concentrera principalement sur ces cinq interfaces industrielles de vision. Cependant, dans le tableau ci-dessous, nous avons également inclus d'autres interfaces pour offrir une vue d'ensemble complète des interfaces de caméra de vision industrielle.
 

	USB2	USB3	FireWire	GigE	CameraLink	Coaxpress	5GigE	10GigE
Bande passante (Mégaoctet/s)	40	400	80	100	Basse= 250 Moyenne= 500 Max. = 750	1 bande = 750 2 bandes = 1500 3 bandes = 2250 4 bandes = 3000	500	1000
Caméra 5MP  (Framerate maximal)	8ips	80ips	16ips	25ips	150ips	600ips	100ips	200ips
Longeur de câble (maximum)	5m	4.6m	10m	100m	7m	100m	100m	100m
Alimentation+ données sur un seul câble	Oui	Oui	Oui	Only if PoE	PoCL	Yes	Seulment si PoE	Seulment si PoE
Frame-grabber obligatoire	Non	Non	Oui	Non	Oui	Oui	Non	Oui
Coût du câble	Faible	Faible	Medium	Faible	Important	Faible	Faible	Faible
Coût de la caméra	Very low	Faible	Faible	Faible	Important	Important	Moyen	Important
Utilisation du CPU	Medium	Faible	Faible	Moyen	Faible	Faible	Moyen	Moyen
Adhésion de la clientèle	Très faible	Bon	End of Life	Bon	En déclin	Grandissant	Grandissant	Grandissant
Choix de caméras	Convenable	Excellent	Excellent	Bon	Convenable	Excellent	Excellent	Excellent

 

Quelle est la bande passante d'une interface de caméra de vision industrielle ?

Le premier sujet que nous aborderons est la bande passante d'une interface de caméra de vision industrielle. En termes simples, la bande passante est une manière de mesurer la quantité de données qui peut être envoyée entre des ordinateurs pendant une période spécifique. En ce qui concerne la vision industrielle, cela concerne la quantité de données d'image qui peut être envoyée de la caméra de vision industrielle à un contrôleur hôte. La bande passante est mesurée en mégaoctets par seconde, ce qui signifie qu'une caméra de vision industrielle USB2.0 peut envoyer des données d'image équivalentes à 40 mégaoctets par seconde.

Cela signifie également qu'une interface de caméra de vision industrielle USB 3.0 (si utilisée à pleine capacité) peut envoyer des données d'image équivalentes à 400 mégaoctets par seconde, soit environ 10 fois plus que l'interface de caméra de vision industrielle USB 2.0. Lors de l'envoi d'une grande quantité de données (utilisation importante de la bande passante), cela coûte également plus de temps à l'ordinateur pour traiter ces données. En conséquence, il faut plus de temps à l'ordinateur pour reconstruire une image. Cependant, une grande bande passante rend le transfert de données plus rapide, permettant au contrôleur hôte de commencer à calculer et à reconstruire des images plus tôt et plus rapidement. Cela est souvent nécessaire dans les applications de vision industrielle.

Facteur de performance pour la bande passante de l'interface de caméra de vision industrielle

La bande passante maximale de l'interface de votre caméra de vision industrielle n'est qu'un des nombreux facteurs qui influent sur le débit final des données, entraînant moins d'images par seconde. La latence, le jitter et la perte de paquets peuvent dégrader votre débit de données, tout comme la qualité de votre câble peut réduire la bande passante disponible. Nous vous conseillons de consulter nos guides sur les caméras de vision industrielle USB 3.0 ou GigE, où nous abordons ces problèmes.

Il est très dépendant de l'application de vision industrielle et des limitations de votre système pour déterminer la bande passante nécessaire. En général, on peut dire que si vous avez une caméra de 2 mégapixels, chaque image fait 2 mégaoctets. Si votre exigence spécifie 10 images par seconde, la bande passante nécessaire est de 2x10=20 mégaoctets par seconde. Chaque interface de caméra de vision industrielle peut couvrir cette bande passante. Cependant, si l'exigence est de 100 images par seconde, vous avez besoin de 2x100=200 mégaoctets par seconde de bande passante, et seules les interfaces de caméra de vision industrielles Cameralink, CoaXPress, USB 3.0, 5GigE et 10GigE restent adaptées.

Quelle est la longueur maximale de câble pour une interface de caméra de vision industrielle ?

Le deuxième point de discussion concerne la longueur maximale du câble de l'interface de la caméra de vision industrielle. Ces longueurs maximales de câble indiquent quelle longueur de câble vous permet encore de travailler avec le maximum de bande passante. Il existe, par exemple, des câbles USB 3.0 qui vont jusqu'à 25 mètres, cependant, ce chiffre dépasse largement les câbles USB 3.0 de 4,6 mètres pour la vision industrielle, ce qui entraîne une perte importante de bande passante. Le câblage varie en fonction du degré de flexibilité souhaité et influe également sur la quantité de bande passante que vous souhaitez transférer.

Les tarifs typiques pour le câblage sont les suivants :
- Le câble USB2 pour caméra de vision industrielle coûte entre 4 et 6 euros.
- Le câble USB 3.0 pour caméra de vision industrielle coûte entre 16 et 20 euros.
- Le câble GigE, 5GigE, 10GigE pour caméra de vision industrielle coûte entre 8 et 10 euros.

Lorsque la caméra de vision industrielle est montée sur une plateforme mobile, un câble haute flexibilité est nécessaire. Ce câble haute flexibilité est capable de se plier plusieurs fois par seconde, tous les jours pendant de nombreuses années. Les câbles haute flexibilité GigE sont les moins chers pour les caméras de vision industrielle. Ils commencent à 50 euros.

Est-ce qu'un frame grabber est nécessaire pour les caméras de vision industrielle USB 2.0, USB 3.0 et GigE?

Pour les interfaces USB 2.0, USB 3.0, GigE et 5GigE, les caméras n'ont pas besoin d'un frame grabber. Seules les interfaces de vision industrielle telles que 10GigE, Camera Link, Firewire B et Coaxpress nécessitent un frame grabber. Il faut cependant noter que le terme « frame grabber » a une définition large et est soumis à interprétation. Si un ordinateur n'a pas suffisamment de ports USB 3.0 ou GigE, nous proposons une carte d'interface pour étendre le nombre de ports d'interface USB 3.0 ou GigE de l'ordinateur. Cette carte d'interface est parfois également appelée frame grabber. Toutes les cartes d'interface / frame grabbers que nous proposons sont testées avec nos caméras de vision industrielle afin de pouvoir fonctionner à pleine bande passante.

Quel est le prix d'une caméra de vision industrielle?

En ce qui concerne les cinq types d'interfaces de caméra de vision industrielle que nous proposons, le 10GigE est le plus cher et l'USB2 est l'interface de caméra de vision industrielle la moins chère. Les cinq sont encore moins chers que les caméras Camera Link et Coaxpress. Avec le modèle de tarification compétitive, les modèles les moins chers sont tous disponibles sous 100 €. Pour mettre cela en perspective, un frame grabber pour Coaxpress coûte environ 500 € et une simple caméra Coaxpress coûte environ 1000 €, ce qui totalise 1500 €. Cela le rend 10 fois plus cher que l'interface de caméra de vision industrielle USB 3.0. Par conséquent, nous pensons qu'avec les interfaces USB2, USB 3.0, GigE et 5GigE, nous pouvons couvrir la plupart des applications de vision industrielle grand public.

Quelle est la charge CPU de la caméra de vision machine ?

Chaque interface de caméra de vision industrielle utilise la puissance du processeur pour transférer les images de l'interface vers la mémoire du processeur. La quantité de puissance CPU requise est définie comme la charge CPU. L'USB 3.0 a une charge CPU « faible » sur le contrôleur hôte, tandis que l'USB2 et GigE ont une charge CPU « moyenne ». L'USB 3.0 a une faible charge CPU car il utilise un protocole totalement différent de celui USB2 et GigE et ce protocole nécessite moins de ressources.

Les interfaces de caméra de vision industrielle USB 3.0, GigE, 5GigE et 10GigE utilisent une interface de données Unicast Dual-Simplex, cette interface permet le transfert de données dans les deux sens. Cela fonctionne lorsqu'une procédure dirigée par l'hôte envoie des paquets de route et des notifications explicitement de manière allo chronique. Cela permet à la caméra de vision industrielle d'envoyer un message au contrôleur hôte lorsqu'il est prêt pour la transmission de données. Ce mécanisme plus récent réduit la charge du système et du processeur par rapport au mécanisme d'interrogation de l'USB 2.0. Pour clarifier, l'interface de la caméra de vision industrielle USB2.0 utilise un transfert de données unidirectionnel, ce qui entraîne l'empilage de plus de données (paquets d'images) sur la carte d'interface et une charge de travail supplémentaire sur le processeur. Une caméra de vision industrielle 5GigE utilise également une charge CPU supplémentaire. La caméra 5GigE envoie des images avec une compression sans perte via l'interface Ethernet 1 000 Mbit à l'ordinateur. L'ordinateur doit décompresser les images, ce qui entraîne une charge supplémentaire sur le processeur.

Pour résumer, l'USB 3.0 a de loin l'utilisation du processeur la plus faible, GigE et 10GigE ont un peu plus d'utilisation du processeur que l'USB 3.0. 5GigE et USB2 ont la plus grande utilisation du processeur.

Acceptation par les consommateurs et cycle de vie des interfaces de vision industrielle

Pour vous donner une meilleure vue d’ensemble du cycle de vie du produit que dans le tableau ci-dessus, nous avons également dessiné le graphique ci-dessous. Il montre l’étape du cycle de vie du produit où se trouve chaque interface de vision industrielle.

Cycle de vie du produit, interface de caméra de vision industrielle

Introduction

Les deux premières interfaces de vision industrielle, qui sont encore au stade de l’introduction (et du développement), sont les produits 10 GigE et N-BASE-T (5GigE). Les deux caméras de vision industrielle sont adaptées à l’imagerie à grande vitesse à l’aide des câbles Ethernet Cat6e commerciaux utilisés avec les caméras GigE normales. La vision 10 GigE a une bande passante environ 10 fois supérieure à celle d’une caméra GigE Vision standard, mais nécessite une carte réseau 10 GigE.

Croissance

L’une des interfaces répertoriées dans la phase de croissance est Coaxpress. Cette interface est similaire à 10 GigE et N-BASE-T car elle est adaptée à l’imagerie à grande vitesse. L’inconvénient de cette interface est qu’une carte d’acquisition d’images est obligatoire et que les cartes d’acquisition et la caméra coaxiale sont relativement chères.

Maturité

Dans la phase de maturité, vous voyez deux interfaces de vision industrielle vendues par GeT Cameras, à savoir GigE et USB 3.0. La norme USB 3.0 Vision a été fondée en 2011 et la norme GigE Vision en 2006, toutes deux fondées par l’Automated Imaging Association. Nous pensons que ces deux interfaces de vision industrielle ont atteint le sommet de leur maturité et que la demande est momentanément à son plus haut niveau. Nous nous attendons à ce que le GigE reste en phase de maturité pendant encore au moins 5 ans et l’USB 3.0 encore plus longtemps.

Déclin

Les deux dernières interfaces de vision industrielle, USB2 et camera Link, sont en phase de déclin. En raison d’une meilleure alternative (USB 3.0 au lieu de l’USB2 et Coaxpress au lieu de cameralink), la demande est et continuera à diminuer au cours des prochaines années. L’USB2 a une bande passante très limitée et le protocole n’est pas si robuste, ce qui le rend adapté à une petite gamme d’applications. Cependant, lorsque l’application de vision industrielle a des exigences très minimales, l’USB2 est le meilleur choix en termes de coûts. camera Link dispose d’une bonne bande passante, mais c’est une option coûteuse par rapport à Coaxpress, USB 3.0 et à l’avenir 10 GigE et N-BASE-T en termes de bande passante. Les caméras de vision industrielle Camera Link sont également chères et ont des câbles coûteux.

Plusieurs caméras de vision industrielle

Lors de l’installation de plusieurs caméras de vision industrielle sur un contrôleur hôte, il est important de surveiller votre utilisation de la bande passante. L’utilisation de ce type de configuration nécessite généralement une carte d’interface avec plusieurs entrées. Nous ne couvrirons que plusieurs configurations de caméras de vision industrielle pour USB2, USB 3.0 et GigE.

Plusieurs caméras de vision industrielle USB 3.0

À partir de l’USB 3.0, cette interface de vision industrielle offre une excellente compatibilité avec un système de caméras de vision industrielle multiples. Vous pouvez utiliser un réseau en étoile ou un réseau point à point pour l’USB 3.0. Lors de l’utilisation d’un réseau en étoile, plusieurs caméras de vision industrielle sont connectées à un seul concentrateur USB 3.0. La bande passante USB 3.0 sera répartie sur les caméras de vision industrielle USB 3.0 connectées. En effet, toutes les caméras de vision industrielle USB 3.0 individuelles consomment de la bande passante unique de l’hôte connecté au concentrateur USB 3.0.

La deuxième option, un réseau point à point USB 3.0, vous connecterez chaque caméra de vision industrielle USB 3.0 directement au contrôleur hôte USB 3.0. La carte d’interface USB 3.0 peut avoir jusqu’à quatre entrées de contrôleur hôte USB 3.0, ce qui permet de connecter quatre caméras de vision industrielle USB 3.0 à une carte d’interface. Chaque caméra de vision industrielle USB 3.0 peut désormais utiliser toute la bande passante du protocole USB 3.0.

Plusieurs caméras de vision industrielle

GigE Les caméras de vision industrielle GigE, 5GigE et 10GigE sont également une bonne option pour un système de caméras de vision industrielle multiple. Avec une grande flexibilité et un câblage peu coûteux, il est idéal pour la surveillance des bandes transporteuses et l’analyse des sports et des mouvements avec plusieurs caméras de vision industrielle. Le principe est le même qu’avec les caméras USB 3.0. Vous pouvez avoir à la fois un réseau en étoile à l’aide d’un commutateur Ethernet ou un réseau point à point à l’aide d’une carte d’interface avec plusieurs entrées GigE.

Plusieurs caméras de vision industrielle USB2.0

La dernière interface que nous proposons, USB2.0, est la moins adaptée aux configurations de caméras de vision industrielle multiples. Cela ne signifie pas que vous ne pouvez pas connecter et utiliser plusieurs caméras de vision industrielle USB2.0, mais signifie qu’il sera le moins performant des trois. Encore une fois, les deux options de réseau (étoile et point à point) sont possibles, tout comme l’USB 3.0.

Comment sélectionner l’interface d’une caméra de vision industrielle ?

Lors de la sélection d’une interface pour une caméra de vision industrielle, nous vous fournissons les directives suivantes :

• L’interface de caméra de vision industrielle USB2.0 est la moins chère et la plus facile à utiliser des 3 options. Néanmoins, la bande passante et la longueur du câble sont limitées. Les caméras de vision industrielle USB2.0 sont idéales pour les applications qui nécessitent un maximum de 1,3 MP à 30 ips ou 5 MP à 7 ips, avec une longueur de câble qui ne dépasse pas 5 mètres.
• L’interface de caméra de vision industrielle USB 3.0 est l’une des interfaces les plus rapides que nous prenons en charge, et elle utilise le moins de puissance de processeur d’ordinateur. Par conséquent, il est idéal pour l’imagerie haute résolution et à grande vitesse. La longueur du câble, quant à elle, est limitée à 4,5 mètres.
• L’interface de caméra GigE Vision est souvent utilisée dans les applications de vision industrielle, qui nécessitent des longueurs de câble plus longues (entre 5 et 100 mètres). La bande passante est moyenne (entre USB2.0 et USB 3.0). Cela le rend idéal pour la plupart des applications de vision industrielle. Les caméras de vision 20MP avec de faibles fréquences d’images et les caméras de vision basse résolution avec des fréquences d’images élevées sont disponibles avec l’interface GigE.
• L’interface 5GigE Vision est une nouvelle interface de vision industrielle offrant les mêmes performances que l’USB 3.0. Les avantages par rapport à l’USB 3.0 sont les grandes longueurs de câble (jusqu’à 100 m) et l’utilisation de câbles réseau Cat6e bon marché. Cependant, ces interfaces de caméra de vision industrielle utilisent plus de puissance CPU que l’USB 3.0.
• L’interface de la caméra 10GigE Vision a une bande passante très élevée, ce qui la rend idéale pour les caméras à très haute résolution à des fréquences d’images élevées. Les câbles sont peu coûteux et de grandes longueurs de câble sont possibles. Cette interface de caméra de vision industrielle nécessite une carte d’acquisition d’images 10GigE. Les coûts totaux de cette interface de caméra de vision industrielle sont plus élevés que GigE, 5GigE et USB3.

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