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CoaXPress

CoaXPress ist ein weiterer Standard, der sich in der industriellen Bildverarbeitung etabliert hat. Dabei werden sowohl Spannungsversorgung wie auch Kontrollprotokoll für das Remotedevice und Daten im einfachsten Fall über ein einzelnes Koaxialkabel geführt.

In den Kinderjahren der Bildverarbeitung wurden Koaxkabel häufig verwendet. Damals wurden allerdings analoge Signale mit den kostengünstigen und robusten Kabeln übertragen, die lange Kabellängen bei geringem Signalverlust zuließen. Im Zuge der digitalen (R)evolution hat das altbekannte Kabel nun auch in den heute weit verbreiteten digitalen Übertragungsstandards Einzug gehalten. Hierfür wird ein paralleles, digitales Signal, das die Kamera generiert, zunächst serialisiert, um dann in Datenpaketen mit entsprechend höherer Frequenz und elektrischer Konditionierung über eine einzelne 75 Ohm Koaxleitung zum Frame Grabber geschickt zu werden. Nachdem CoaXPress nicht auf bereits bestehenden Technologien aufsetzt, umfasst die CoaXPress-Spezifikation neben der Protokolldefinition auch die elektrische Spezifikation der Signale auf dem Kabel. Über CoaXPress wird so eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Kamera und Frame Grabber realisiert, was zur Folge hat, dass immer die komplette Bandbreite für die Bilddaten eines Endgerätes zur Verfügung steht.

CoaXPress verwendet im einfachsten Fall wie beschrieben nur eine einzelne Koaxleitung für Hin- und Rückkanal, wodurch es relativ einfach ist, den Anschluss eines Endgerätes über einen Schleifring zu führen und so bewegliche Kamerainstallationen mit wenig Aufwand zu realisieren. Hierfür ist aber ein Frame Grabber notwendig, der die Daten im PC in Empfang nimmt bzw. die Kontrolldaten an das Endgerät schickt.

Kameraanschluss über Schleifring ermöglicht 360° Dauerbewegung

Der Einsatz eines Frame Grabbers hat neben dem Nachteil, dass man eben eine zusätzliche Einsteckkarte im PC braucht, natürlich aber auch den Vorteil, dass zusätzliche Vorverarbeitung darauf integriert werden kann und eine größere Bandbreite zur Verfügung steht. Durch die Verwendung des oftmals aus älteren analogen Installationen bereits vorhandenen Koaxkabels ist eine Umrüstung auf modernere digitale Technologie mit höherer Bandbreite einfach und kostengünstig. Es können jedoch nicht alle alten Kabel für CoaXPress genutzt werden. Wir beraten Sie hierzu gerne.

Um die Datenintegrität zu gewährleisten, verwendet CoaXPress eine CRC-Prüfsumme für die Bilddaten. Damit können Bit-Fehler, anders als z.B. bei CameraLink, bereits bei der Übertragung detektiert werden. Allerdings wurde kein Resend-Mechanismus integriert, der es erlauben würde, korrupte Pakete erneut an den Frame Grabber zu senden. So konnte die Komplexität auf der Empfängerseite reduziert und auf zusätzliche Speicher in der Kamera verzichtet werden.

Die Triggerung des Endgerätes erfolgt entweder direkt über einen Eingang am Gerät oder über den 20 Mb/s Uplink vom Frame Grabber zum Device, über den auch die Steuerung der Kamera läuft. Dadurch haben Trigger-Signale eine feste Latenz von 3,4 µs mit einem geringen Jitter von nur 4 ns.

Als Stecker für die Einkabellösung kommt ein handelsüblicher BNC-Koaxstecker oder ein DIN 1.0/2.3-Stecker zum Einsatz, wobei von Frame Grabber-Herstellern vermehrt der DIN-Stecker verwendet wird.

Über ein einzelnes Kabel können bis zu 6,25 Gb/s vom Gerät zum Frame Grabber und 20 Mb/s für Kontrolldaten vom Frame Grabber zum Gerät übertragen werden, was bezüglich der Bilddaten in etwa der 5-6fachen GigE-Bandbreite entspricht. Es sind allerdings auch CoaXPress-Kameras und Frame Grabber auf dem Markt, die »nur« mit 3,125 Gb/s laufen.

Für die Spannungsversorgung des Gerätes stehen über einen CoaXPress-Link 24 V mit maximal 13 Watt zur Verfügung, was für viele Kameras ausreichend ist. Darüber hinaus ist es in der Regel aber immer möglich, die Kamera auf herkömmliche Weise direkt mit Spannung zu versorgen. Die maximale Kabellänge beträgt 40 Meter bei der vollen Bandbreite von 6,25 Gb/s oder 100 Meter bei der reduzierten halben Bandbreite von 3,125 Gb/s.

Sollte ein einzelner Link nicht ausreichen, können auch mehrere Kabel kombiniert werden, um mehrere Links parallel zu verwenden und so hö- here Bandbreiten zu erreichen. Zum Zeitpunkt der Drucklegung sind vier parallele Links möglich.

Auch bezüglich der Softwareunterstützung ist man bei CoaXPress neue Wege gegangen. CoaXPress schreibt zur Kontrolle des Endgerätes zwingend eine GenICam GenTL-Implementierung vor. Außerdem muss CoaXPress ein GenICam GenApi XML-File liefern, das die Features beschreibt, die das Endgerät zur Verfügung stellt. Damit bietet CoaXPress als erster Standard in der industriellen Bildverarbeitung ein einheitliches Software-Interface, um Endgeräte aufzulisten und zu steuern.

CoaXPress wurde erstmalig auf der VISION 2010 von einem Firmenkonsortium vorgestellt. Der Standard wird heute von der JIIA, der Japan Industrial Imaging Association, verwaltet, die ihrerseits Mitglied im G3- Konsortium aus AIA (Automated Imaging Association), EMVA (European Machine Vision Association) und der JIIA ist. Die Spezifikation von CoaXPress ist frei im Web verfügbar. Weiterführende Informationen sind unter http://www.jiia.org bzw. unter www.coaxpress.com zu finden.