Uma rápida visão geral das interfaces de câmeras industriais

Fonte: Janiecbros/Creatas Vídeo via Getty Images

Ao selecionar uma câmera para um sistema de visão mecânica, os projetistas precisam considerar o sensor de imagem, a resolução, a montagem da lente e outros recursos, como a forma como a câmera se conectará ao processador. Alcançar o desempenho ideal do sistema de visão e imagem de máquina geralmente depende da escolha da melhor interface de câmera para atender à largura de banda de dados, confiabilidade de dados, determinismo, energia, comprimento de cabo e outros requisitos do sistema.

Este artigo inclui informações destinadas a ajudar os projetistas de sistemas de visão artificial e de imagem a navegar pelos vários padrões e opções de interface de câmera para selecionar uma interface que melhor atenda aos requisitos da tarefa de visão artificial ou de imagem em questão.

À medida que as aplicações de visão mecânica e de imagem aceleraram no final da década de 1990, a necessidade de padronização tornou-se aparente. A padronização dos elementos mais comuns dos sistemas de visão, como câmeras e montagens de lentes, torna os sistemas de visão mecânica e de imagem mais baratos e mais fáceis de integrar, reduzindo custos, simplificando o projeto e a instalação do sistema e garantindo a interoperabilidade dos componentes.

FIGURA 1: Duas camadas de software ajudam na integração da câmera. Primeiro, a camada de transporte enumera a câmera, fornece acesso aos registros de baixo nível da câmera, recupera dados de fluxo do dispositivo e entrega eventos. A segunda camada é a biblioteca de aquisição de imagens, que faz parte de um kit de desenvolvimento de software. Ele usa a camada de transporte para acessar a funcionalidade da câmera e permite capturar imagens. Fonte: Associação para o Avanço da Automação

Os padrões de interface garantem que componentes como câmeras, capturadores de quadros e software – geralmente de vários fornecedores – interoperem perfeitamente. Ao codificar como uma câmera se conecta a um PC, os padrões de interface fornecem um modelo definido que permite um uso mais simples e eficaz da visão mecânica e da tecnologia de imagem.

Tudo começou no ano 2000 com a introdução do Camera Link, o primeiro padrão de interface de câmera digital de alta velocidade. Desde então, muitos outros padrões de interface de câmera foram criados. Os mais populares incluem GigE Vision, USB3 Vision, Camera Link HS e CoaXPress (consulte a Tabela 1).

Embora o padrão Camera Link exista há 22 anos e esteja basicamente em modo de manutenção, ele ainda é amplamente utilizado em aplicações de visão mecânica. GigE Vision é um padrão de baixo custo que utiliza a infraestrutura Ethernet existente e é escalonável para qualquer nível de velocidade de Ethernet. Foi essencialmente desenvolvido simultaneamente com o GenICam e foi, conseqüentemente, a primeira interface de câmera a exigi-lo.

Com o GigE Vision, os desenvolvedores podem conectá-lo diretamente à porta Ethernet de um PC ou comprar um switch padrão se o aplicativo exigir – e ele funcionará. Nenhum hardware especializado é necessário. E o hardware de rede de Internet amplamente disponível já existe há muito tempo e está ficando cada vez mais rápido, então o GigE Vision é muito mais barato do que muitas outras soluções. USB3 Vision, lançado em 2012, é outro padrão conveniente e de baixo custo que usa portas de interface de computador nativas amplamente disponíveis; no entanto, os comprimentos máximos dos cabos são limitados a 3-5 metros, ou até 60 metros com cabeamento óptico ativo.

CoaXPress, lançado em 2010, é uma interface de cabo coaxial de altíssima velocidade que foi pioneira no Japão, que na época contava com uma grande infraestrutura de câmeras analógicas conectadas via cabo coaxial. O Camera Link HS foi lançado em 2012 como o substituto de próxima geração do Camera Link em aplicações de velocidade extremamente alta. CoaXPress, Camera Link e Camera Link HS exigem arquiteturas baseadas em framegrabber que permitem maiores níveis de processamento de dados e conectores dedicados.

Existem dois tipos de padrões de interface de câmera: hardware e software. Os desenvolvedores de sistemas de visão artificial e de imagem geralmente devem completar quatro tarefas básicas: localizar e conectar-se à câmera, configurar a câmera, capturar imagens da câmera e lidar com eventos assíncronos sinalizados por ou para a câmera.