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PTP Precision Time Protocol

Das PTP Precision Time Protocol wird verwendet, um mehrere Kameras in einem Ethernet-Netzwerk zu synchronisieren.

Das Precision Time Protocol (PTP) IEEE1588 wird verwendet, um eine präzise Taktsynchronisierung von mehreren Geräten über ein Ethernet-Netzwerk zu realisieren. Sobald die Clocks der Geräte wie Kameras, PCs und Sensoren synchronisiert werden, können in der Zukunft liegende Software-Bild-Trigger mit 2 µs synchronisiert werden. Der GigE Vision 2.0 Standard hat PTP IEEE1588 aufgenommen und wird künftig eine maximale Kompatibilität zwischen Bildverarbeitungshardware- und Softwareanbietern gewährleisten.

PTP bietet eine Genauigkeit im Mikrosekundenbereich und liegt verglichen mit der Genauigkeit zwischen den konkurrierenden Standards Network Time Protocol (NTP, einige Millisekunden) und Global Positioning System (GPS, Nanosekunden). Die Komponentenkosten sind dabei vergleichsweise niedrig. PTP ist in IEEE1588 definiert und hat sich zu einem bekannten Netzwerkstandard mit einer wachsenden Zahl von unterstützten Hardware- und Softwareanbietern entwickelt.

Synchronisierung mehrerer Kameras

Kameras, die PTP unterstützen, werden in einen speziellen PTP-Modus versetzt, welcher die Synchronisation der einzelnen Clocks der Kameras verwaltet und definiert. Dabei wird die Geräte-Clock mit dem Zeitstempel von der Kamera ausgegeben und zur Synchronisierung mehrerer Kameras verwendet. Sobald der PTP-Modus auf Master, Slave oder Auto gesetzt wird, beginnt die Synchronisation der Kameras im Netzwerk, vorausgesetzt ein Gerät wurde zuvor auf Master konfiguriert.

Wie wird eine PTP-Synchronisation erreicht?

Der Abgleich beginnt mit der »Master«-Kamera, die ein »Sync«-Telegramm über Multicast Messaging versendet. Die »Slave«-Kamera berechnet den Zeitunterschied zwischen ihrem eigenen Takt und dem der Master-Kamera. Weiterhin werden Delay Request Message (vom Slave) und Delay Response Message (vom Master) versendet, um die Slave-Clocks auf den Master-Takt zu synchronisieren. Sobald der Zeitunterschied der Clocks 2 µs beträgt, sind die Kameras im synchronen Betrieb. Zusätzlich zum Austausch der Synchronisierungsnachrichten werden die Uhren durch den Einsatz von Filtern und statistischen Methoden konstant nachjustiert, um Abweichungen durch die physikalischen Schichten, Netzwerk, Repeater oder Switch zu eliminieren.

Geplante Software-Trigger mit exakter Synchronisation

Sobald alle Geräte-Clocks synchronisiert sind, ist es möglich, entweder Bildfolgen mit einer zuvor eingestellten Bildfrequenz von allen Kameras exakt synchronisiert zu erhalten oder in der Zukunft liegende Einzel-Events per simultanem Software-Trigger synchron zu erfassen. Dabei ist es erforderlich, im Gegensatz zur asynchronen Triggerung, den zukünftigen Trigger-Zeitpunkt zu kennen.

Ein Multikamerasystem kann mit einem GPS-Timer synchronisiert werden, so dass die Synchronisation mit der »realen Weltzeit« erfolgt. Jede Kamera wird auf den GPS-Master synchronisiert.