USB-Kameras

USB-Kameras

Definition

USB-Kameras übermitteln Bilddaten über kostengünstige und an allen Rechnern verfügbare Standardschnittstellen. USB (Universal Serial Bus) erreicht Brutto-Bandbreiten von bis zu 480 Megabit/s (USB 2.0) bzw. 5000 Megabit/s (USB 3.0). Ohne Berücksichtigung der Steuerdaten ergeben sich Netto-Datenraten von 35 Megabyte/s bzw. 300 Megabyte/s. USB 3.0 ist grundsätzlich abwärtskompatibel und unterstützt geringere Geschwindigkeiten. Durch den Direktzugriff auf den Arbeitsspeicher sind flexible Datenübertragungen nahezu ohne CPU-Belastung möglich. USB-Kameras sind mit Anschlüssen für Optiken und externe Komponenten wie Beleuchtungen ausgestattet. In Stern-Topologie angeordnet sind Gerätenetzwerke mit bis zu 127 USB-Kameras realisierbar. Standard-Kabellängen liegen bei 4,5 m oder 10 m. Mit Signalverstärkern sind Entfernungen bis zu 30 m, mit Glasfaserleitungen maximal 100 m möglich. Der Protokoll-Standard für die bidirektionale Kommunikation zwischen Kamera, Peripheriekomponenten und Bildverarbeitungssoftware, für Anschlüsse und Kabel ist USB-3-Vision. Der GENICAM-Standard generiert eine generische Schnittstelle, die das Anschließen und Entfernen von Kamerasystemen per Plug&Play auch im laufenden Betrieb erlaubt. Unter Verwendung einer GenApi XML-Datei ist das Ansteuern von Kameras mit unterschiedlicher Schnittstellentechnologie möglich. Herstellerspezifische Treiberinstallationen sind nicht mehr erforderlich, FrameGrabber entfallen. Über USB ist auch die Spannungsversorgung mit 500 mA bzw. 900 mA realisierbar, was für die Mehrzahl der USB-Kameras ausreichend ist.

 

Funktionsprinzip

Bilder werden von der Onboard-Signalvorverarbeitung der Kamera bearbeitet, digitalisiert und verlustfrei übertragen. USB 2.0 wird auf der Protokollebene von einem Host gesteuert, wodurch die Kommunikation einer Master-Slave-Hierarchie unterliegt. Entsprechend warten USB-2.0-Kameras zunächst auf ein IN-Token des Hosts, also eine Anfrage, ob zu übertragende Daten vorhanden sind, bevor sie mit der Übermittlung beginnen. Um mögliche Latenzzeiten zu minimieren wurde USB 2.0 überarbeitet: USB-3.0-Kameras senden ihre Daten nun auch unaufgefordert. Bei der asynchronen Übermittlung mehrerer Datenpakete verständigen sich Host und Kamera über die zulässige Latenz. Im Bulk-Modus ist eine Fehlerkorrektur anwendbar, die eine neuerliche Übertragung einfordert, sofern Datenpakete unvollständig beim Host eintreffen. Der isochrone Modus bietet eine feste Bandbreitenzuweisung über einen bestimmten Zeitraum. Neben den Bilddaten können mit der bidirektionalen Schnittstellentechnologie auch Steuersignale für Peripheriekomponenten über USB übermittelt werden.

 

Einsatzbereich

USB-Kameras werden zum Aufbau von Mehrkamera-Bildverarbeitungssystemen eingesetzt. USB 2.0 ermöglicht preisgünstige Echtzeit-Anwendungen mit mittleren Bandbreiten bei geringer CPU-Last. USB 3.0 eignet sich für Anwendungen mit hohem Datenaufkommen, hoher Auflösung oder hoher Farbtiefe im 24/7-Betrieb und geringen Anforderungen an die Kabellänge. USB 3.1 soll Datenraten von bis zu 10 GBit/s erreichen und damit zu Camera Link und Gigabit-Ethernet aufschließen. Beispielhafte Anwendungen sind die Prozesskontrolle und die Bewegungskontrolle. Anwender finden sich unter Bildverarbeitungs-Systemintegratoren, im Maschinenbau, in der Forschung und einer Vielzahl von Branchen.

Herstellerverzeichnis: USB-Kameras

 Framos GmbH, Taufkirchen, Deutschland
 IDS Imaging Development Systems GmbH?, Obersulm, Deutschland
 Kappa optronics GmbH, Gleichen, Deutschland
 Lumenera Corporation, Ottawa, Ontario, Kanada
 MaxxVision GmbH, Stuttgart, Deutschland
 Matrix Vision GmbH, Oppenweiler, Deutschland
 NET New Electronic Technology GmbH, Finning, Deutschland
 Photonfocus AG, Lachen, Schweiz
 Sensor Technologies America, Inc., Carrollton, TX, USA
 SVS-VISTEK GmbH, Seefeld, Deutschland
 VRmagic GmbH, Mannheim, Deutschland