Jetzt auch in der App!

Das Handbuch der Bildverarbeitung Mehr

Erweitern Sie Ihr Bildverarbeitungs Know-how

BESSER MEHR WISSEN

Profitieren Sie von der Erfahrung unserer Experten

Vision Docs - das neue Handbuch ist da

DAS NACHSCHLAGEWERK

FÜR BILDVERARBEITER

Holen Sie sich das aktuelle Handbuch! Mehr

USB3 Vision

USB 3.0 stieß im Bildverarbeitungsmarkt auf großes Interesse, da der Standard eine hostbasierte Lösung für schnelle Kameras ermöglicht, ohne einen Frame Grabber zu benötigen.

Daher entschied sich 2011 eine Gruppe von Herstellern unter der Führung der AIA (Automated Imaging Association) zusammenzuarbeiten und einen Bildverarbeitungsstandard für USB, genannt USB3 Vision, zu erarbeiten. Obwohl der Name dies impliziert, ist der Standard technisch nicht auf USB 3.0 beschränkt. Erste Produkte wurden bereits auf der VISION 2012 vorgestellt, inzwischen gibt es für USB3 Vision ein umfangreiches Portfolio, eine gute Kompatibilität zwischen Kameras sowie eine Auswahl an Softwareanbietern, die den Standard unterstützen.

Der Standard ist, wie auch schon GigE Vision, ein reiner Protokollstandard. Das heißt, es werden ausschließlich das Paket-Layout der Daten und eine Bootstrap Registermap definiert. Damit ist sichergestellt, dass ein USB3 Vision Device bereits eine gewisse »Grundintelligenz« mitbringen muss, ohne dass es Firmware nachlädt. Es müssen also keine herstellerspezifischen Treiber mehr auf dem Host installiert werden, vorausgesetzt natürlich, dass eine USB3-Vision-Software zur Verfügung steht. Der Integration in andere Betriebssysteme wie Linux steht nichts im Weg, und ein einfacher Herstellerwechsel ist möglich, wenn unabhängige USB3-Vision-Software eingesetzt wird. Für die Steuerung der Kamera verwendet USB3 Vision ebenso wie GigE Vision, CoaxPress, CameraLink 2.0 oder CameraLink HS die GenICam GenApi Device Description. Die Steuerung der Kamera soll über den Command-Channel erfolgen, die Datenübertragung über Bulk-Daten. Asynchrone Events vom Endgerät zur Kamera werden als Bulk-Daten über den Event-Kanal geschickt. Der neue Standard unterscheidet sich von den bereits für USB-Webcameras etc. bestehenden Standards, um den speziellen Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung gerecht zu werden.

USB: Kabel und Stecker

Die maximale Länge für USB-2.0-Kabel, die dem Standard entsprechen, beträgt nach Spezifikation 5 Meter. Längere Kabel können verwendet werden, wenn sie aus qualitativ hochwertigen Materialien gefertigt sind. Für längere Übertragungswege müssen Hubs oder aktive Repeater eingesetzt werden. Tests in unserer Integration und bei unseren Kabellieferanten haben aufgezeigt, dass Kabellängen bis 7 Meter möglich sind und durch spezielle Kabelauswahl und Design garantiert werden können.

Andererseits haben wir jedoch herausgefunden, dass bei USB 3.0 unter voller Last nur eine Kabellänge von maximal 3 Metern möglich ist. Auch aus diesem Grund empfehlen wir generell die Verwendung von speziell für die Bildverarbeitung zertifizierten Kabeln anstelle von günstigen Kabeln aus dem Massenmarkt. Inzwischen stehen zusätzlich optische Repeater zur Verfügung, mit denen Übertragungen über mehrere hundert Meter möglich sind.

Diagramm zur Übertragungsgeschwindigkeit

Alternativ können wie bei USB 2.0 Hubs verwendet werden, um entweder mehrere Kameras anzuschließen oder um die Reichweite zu erhöhen. Das theoretische Maximum liegt hier bei ca. 30 Metern. Es ist ratsam, die Hubs in diesem Fall extern mit Spannung zu versorgen.

Unsere zertifizierten USB-2.0- und USB-3.0-Kabel sind für den Einsatz mit hohen Datenraten und im industriellen Bildverarbeitungsumfeld ausgelegt und geprüft. Diese abgeschirmten Twisted Pair-Kabel haben zwei Leiter für Differenzdatensignale und zwei für die Stromversorgung. Die Stromversorgung vom Bus (bis zu 2,5 W - 5 V und 500 mA bei USB 2.0 und 900 mA bei USB 3.0) ist für die meisten USB-Kameras ausreichend. Gleiches gilt für USB 3.0. Tests haben auch hier gezeigt, dass es signifikante Unterschiede zwischen den diversen auf dem Markt erhältlichen Kabel gibt.

Am PC (upstream) werden normalerweise Typ A-Stecker verwendet, während geräteseitig (downstream) entweder Standard- oder MiniTyp B-Stecker eingesetzt werden.

Da USB für den Massenmarkt entwickelt wurde, existieren keine definierten Standards für Verriegelungsmechanismen oder robotertaugliche Stecker. Auf Anfrage liefern wir Ihnen jedoch gerne Stecker mit Verriegelung oder extrem flexible Kabel. USB3 Vision sieht die Definition/Empfehlung für einen optionalen Verriegelungsmechanismus vor.

Hier sehen sie Beispiele von USB-Kabeln mit Verriegelungsmechanismen zur Verwendung in der industriellen Umgebung:

Wie schon beschrieben, wird der USB3 Vision-Standard von der AIA gehostet. Der Standard wurde von dem Zusammenschluss G3 der drei führenden Bildverarbeitungsverbände AIA, EMVA und JIIA angenommen. Weitere Informationen findet man auch unter http://www.visiononline.org/vision-standards.cfm.

Vorteilhaft für die Nutzer ist außerdem die Kompatibilität von Soft- und Hardware: USB3 Vision-fähige Kameras können mit jeder beliebigen Software, die diese Schnittstelle unterstützt, verbunden werden. Die Möglichkeit, längere Kabel (bis zu 100 m) oder mehrere Kameras zu verwenden, bietet jedoch weiterhin nur GigE Vision.