CoaXPress 2.0 für Ihr Vision System
Die Abkürzungen CoaXPress und CXP stehen für so genannte Koaxialkabel. Diese gab es zwar schon zu Zeiten der Röhrenfernseher, aber Ende der 2000er Jahre wurden sie für die Bildverarbeitung optimiert. Im Jahr 2011 wurde die CXP-Schnittstelle dann offiziell als Standard freigegeben und überzeugte schon damals mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten. CoaXPress 2.0 ist eine Weiterentwicklung dieses Standards mit noch höheren Geschwindigkeiten.
CoaXPress 2.0 für anspruchsvolle Bildverarbeitungs-Applikationen
In unserem White Paper beantworten wir folgende Fragen:
Was unterscheidet den CXP 1.0/1.1 vom CXP 2.0 Standard?
Wie ist ein klassisches CoaXPress 2.0 Bildverarbeitungssystem aufgebaut?
Wann passt CoaXPress zu meiner Anwendung?
CoaXPress 2.0 und die Besonderheiten
Im Vergleich zur Vorgängerversion spart CoaXPress 2.0 an Kabeln: Wo früher mehrere Kabel nötig waren, läuft beim neuen Standard alles über ein einziges Koaxialkabel. Darüber werden sowohl Daten als auch Strom übertragen - und das mit einer herausragenden Geschwindigkeit von bis zu 12,5 Gbit pro Sekunde und Kanal. Damit ist CXP die Schnittstelle mit der höchsten Übertragungsgeschwindigkeit auf dem Markt.
Wenn Sie sich für CoaXPress entscheiden, müssen Sie Ihren PC aufrüsten. Während andere Schnittstellen wie z.B. GigE oder USB 3.0 bereits Teil von Standard-PC sind, benötigt CoaXPress eine zusätzliche Schnittstellenkarte oder einen Framegrabber. Nur so können Sie die Daten von der Kamera zu Ihrem Bildverarbeitungssystem übertragen. Der Einsatz einer Bilderfassungskarte oder eines Framegrabbers muss für Sie aber nicht unbedingt von Nachteil sein: Durch die zwischengeschaltete Instanz entlasten Sie die CPU Ihres Rechners, so dass dieser die Rechenleistung auf andere Bereiche konzentrieren kann.
Vorteile von CoaXPress als Schnittstelle
Obwohl der zusätzliche Einsatz von Bildeinzugskarten oder Framegrabbern einen Zusatzaufwand darstellen, punktet das CXP-Interface dennoch mit einigen ausschlaggebenden Vorteilen:
Kabellänge: Während GigE und USB 3.0 nur bis zu 10 Meter lange Kabel erlauben, können über CoaXPress 2.0 Distanzen von 40 bis 100 m überwunden werden.
Preisvorteil: Da für CXP nur ein Kabel für die Datenübertragung und die Stromversorgung benötigt wird, können zusätzliche Kosten eingespart werden. Außerdem sind die Kabel in der Regel gut verfügbar, da es sich um einen neuen Standard handelt. CXP gilt daher als die Schnittstelle mit den niedrigsten Kosten pro Megabyte.
Synchronisation: Mit CoaXPress 2.0 können mehrere Kameras an einen Computer angeschlossen und einfach miteinander synchronisiert werden. So können auch bewegte Objekte auf dem Fließband aufgenommen werden.
Schnelligkeit: Mit 12 Gbit pro Sekunde setzt CXP als Schnittstelle neue Standards in der Datenübertragung. Zudem kann auch die Geschwindigkeit Ihres Computers profitieren, wenn Sie mit einem Framegrabber arbeiten.
Kompatibilität: Die Schnittstelle unterstützt den GeniCam-Standard, wodurch auch die Verbindung von Kamera, Interface und Software gegeben ist.
Einfaches Set-Up: Es gibt nur ein einziges Kabel, das mit dem Computer verbunden werden muss. Sie müssen also nur drei Komponenten installieren und anschließen.
Welche Anwendungsbereiche profitieren von CoaXPress?
Ein großer Vorteil der CoaXPress-Schnittstelle im Vergleich zu anderen Standards ist die hohe Datenrate. Aber auch die größeren Distanzen, die zwischen Kamera und PC überbrückt werden können, sind für viele Anwendungen wertvoll und bieten auch Möglichkeiten für sehr anspruchsvolle Bildverarbeitungslösungen. Vor allem in der Halbleiterindustrie ist CoaXPress sehr beliebt. In 3D AOI-Systemen (Automated Optical Inspection) müssen beispielsweise große Datenmengen mit hoher Auflösung ohne nennenswerte Latenzzeit realisiert werden. Weitere Anwendungsgebiete finden sich z.B. in der Druckinspektion, der Lebensmittelinspektion, der Verkehrstechnik (ITS) oder der Medizin.
Schnittstellenvergleich - CoaXPress vs. USB/GigE
Eine Besonderheit der CXP-Schnittstelle zeigt sich im direkten Vergleich mit USB- und GigE-Interfaces.
USB ist eine Schnittstelle, die sich in der industriellen Bildverarbeitung als eine zuverlässige Option etabliert hat. Der USB3 Vision Standard setzt auf die Schnittstelle USB 3.0, die auch im Massenmarkt immer weitere Zustimmung findet. So haben mittlerweile alle Laptops, PCs oder auch Tablets und Smartphones eine USB 3.0-Schnittstelle.
Gigabit Ethernet (GigE) ist seit 2006 ein etablierter Standard in der industriellen Bildverarbeitung. Gemessen an der Zahl der installierten Anwendungen, ist GigE derzeit die am weitesten verbreitete Schnittstellentechnologie für industrielle Digitalkameras.
Im Unterschied zu USB oder GigE sind CoaXPress-Schnittstellen nicht bereits in Standard-PCs integriert. USB 3.0 und GigE haben daher den Vorteil, dass im Gegensatz zum CoaXPress-Standard keine Bilderfassungskarten in den PC integriert werden müssen. Der zusätzliche Einsatz von Framegrabbern an CoaXPress-Schnittstellen kann sich aber schnell bezahlt machen, da sie bei den für CXP üblichen hohen Datenraten die CPU des PCs bei der Übertragung der Bilddaten entlasten.
Umstellung auf CoaXPress 2.0
Wenn Sie Ihr System von einer älteren Version auf CoaXPress 2.0 umstellen möchten, müssen Sie nicht alle Komponenten tauschen. Der neue Standard ist nämlich mit der ersten CXP-Version kompatibel, wodurch ein System mit gemischten Generationen funktionstüchtig ist. Jedoch könnten Ihnen dadurch neue Produktfeatures verloren gehen, weshalb sich eine gesamte Umstellung auf lange Sicht in jedem Falle lohnt.
Stellen Sie von einem anderen Interface auf CoaXPress 2.0 um, sollten Sie einige Faktoren überprüfen:
Sind die Kamera und Computer mit der neuen Verkabelung und den damit einhergehenden hohen Daten- und Auflösungsraten kompatibel?
Ist eine Stromversorgung über Power-over-Coax möglich?
Müssen Software und Treiber aktualisiert werden?
Was unterscheidet die Schnittstellenkarte vom Framegrabber?
Framegrabber
Der Begriff Framegrabber stammt aus einer Zeit, als das analoge Videosignal im PC erst noch digitalisiert werden musste. Heutzutage wird das Bild jedoch schon auf dem Kamerasensor digitalisiert und dann in digitaler Form an den PC übertragen. Der Framegrabber stellt also inzwischen nur noch das digitale Interface zur Verfügung (GigE, USB, Camera Link, CoaXPress) und speichert die Bilddaten zwischen. Zudem können einige Framegrabber eine Vorverarbeitung der Daten vornehmen, z.B. Binning oder Skalierung. Die Daten werden zudem per Direct Memory Access (DMA) ohne Umweg über den Prozessor des PC in den Arbeitsspeicher geschrieben. Der Zugriff auf die Bilddaten aus dem Framegrabber erfolgt meist über spezielle Software für die Bildverarbeitung (z.B. Halcon) oder standardisierte Schnittstellen wie GenICam. Der Konfigurationsaufwand und die Kosten für ein System mit Framegrabber sind vergleichsweise hoch.
Schnittstellenkarte
Im Unterschied zum Framegrabber ist eine Schnittstellenkarte einfacher ausgestattet. Sie verzichtet komplett auf die Vorverarbeitung und nimmt lediglich die Bilddaten über den Kamera-Anschluss entgegen, um sie dann direkt im Arbeitsspeicher abzulegen. Dabei wird wieder per DMA die CPU umgangen und damit deutlich entlastet. Da es sich bei CoaXPress - im Gegensatz zu USB und GigE - um ein spezielles Machine Vision Interface handelt, ist die Hardware zur Anbindung von CoaXPress-Kameras an üblichen PCs nicht standardmäßig vorhanden. Eine zusätzliche Karte im PC ist daher notwendig. Durch den Verzicht auf die Bildverarbeitung auf der Schnittstellenkarte sind aber die Kosten und auch der Konfigurationsaufwand hierfür geringer.
Schnittstellenkarte vs Framegrabber
Eigenschaften | Schnittstellenkarte | Framegrabber |
|---|---|---|
Vorverarbeitung der Bilddaten (z.B. Skalierung) | Nein | Ja |
CPU-Entlastung per DMA | Ja | Ja |
Standardtreiber/-schnittstellen (z.B. GenICam) | Ja | Meistens |
Schnittstellen zu Bildverarbeitungssoftware (z.B. Halcon) | Ja | Meistens |
Installations- und Konfigurationsaufwand | Niedrig | Mittel |
Kosten | Niedrig | Mittel |
Fazit: Von CoaXPress 2.0 profitieren
Große Datenmengen bei hoher Übertragungsgeschwindigkeit über weite Entfernungen: der CoaXPress 2.0 Standard für die industrielle Bildverarbeitung macht all dies möglich. Konzipiert als Nachfolger des Camera Link Standards erfordert dieses Machine Vision-Interface aber auch eine entsprechende Schnittstellenkarte im PC. Angesichts der großen zu übertragenden Datenmengen muss dies jedoch kein Nachteil sein, da die CPU des PCs nicht durch die Datenübertragung blockiert wird, sondern voll für die Bildverarbeitungsanwendung zur Verfügung steht und zusätzliche Vorverarbeitung auf die Schnittstellenkarte ausgelagert werden kann.
Unsere CoaXPress 2.0-Produkte
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