O futuro das interfaces de visão mecânica

Cabo USB3. Fonte: Anil Öztas

Esta é uma câmera GigE de alta resolução. Fonte: Lumenera

Aqui está uma câmera USB 3.0 de alto desempenho. Fonte: Lumenera

Cabo Ethernet. Fonte: Raysonho @ Open Grid Scheduler/Grid Engine

Com a demanda cada vez maior por taxas de quadros, profundidade de bits e resolução, os padrões de interface devem se adaptar a essas mudanças com novas formas de transferir dados com maior velocidade e robustez. Padrões de interface modernos, como GigE Vision e USB3 Vision, suportam a transmissão de quadros de vídeo em streaming usando interfaces e cabos comumente disponíveis e não exigem o uso de equipamentos especializados, como capturadores de quadros (peças caras de infraestrutura de rede que permitem que os computadores capturem quadros de conexões de streaming de vídeo). O protocolo de transferência de quadros é integrado diretamente no padrão para minimizar custos e complexidade de implementação.

Com tudo isso em mente, este artigo explora o estado atual e o futuro próximo das interfaces de visão de máquina mais populares que não precisam de captura de quadros.

O padrão de interface GigE Vision existe há mais tempo e é mais amplamente adotado do que o USB3 Vision. Em seu estado atual, a interface é capaz de atingir velocidades de transferência de até 115 MB/s em distâncias de até 100 metros com um único cabo. O GigE Vision se beneficia da compatibilidade retroativa projetada na especificação Ethernet, permitindo que ele seja executado nas infraestruturas mais recentes de 2,5GBase-T, 5GBase-T e 10GBase-T. O fornecimento de energia também é possível usando a especificação Power over Ethernet (PoE) em cabos CAT5e/CAT-6a/CAT-7 baseados em cobre. A especificação permite que cada cabo forneça até 25 W de energia para a câmera conectada.

Para aumentar a potência e a velocidade, dois cabos podem ser usados ​​em conjunto, duplicando efetivamente o rendimento e o fornecimento de energia. Isto é conseguido usando agregação de link (LAG), que o padrão GigE Vision suporta totalmente, mas a estabilidade com este tipo de conexão não é fácil de alcançar. Ele também oferece suporte a recursos de rede nativos da Ethernet para permitir a integração em redes existentes e o uso com switches Ethernet para topologias variadas. Novamente, podem surgir problemas de estabilidade em redes mais complexas devido à natureza do protocolo.

Como todas as câmeras em um sistema de visão normalmente estariam na mesma rede, o GigE Vision permite a transmissão de comandos de disparo para todas as câmeras ao mesmo tempo, permitindo alta sincronicidade entre as câmeras. Além disso, o GigE Vision suporta a transmissão de vários formatos de dados dentro da rede, incluindo, entre outros: RAW (descompactado), JPEG, JPEG 2000 e H.264.

Os próximos passos do GigE Vision atualmente em andamento são a implementação do NBAse-T e da Ethernet de dez gigabits. O NBAse-T permite a transmissão de dados em até cinco vezes a taxa da Ethernet gigabit sem a necessidade de atualizar a infraestrutura de cabeamento já instalada. O NBAse-T pretende servir como uma transição entre Ethernet gigabit e Ethernet de dez gigabits, já que serão necessárias apenas pequenas modificações em um sistema existente. Quando o usuário estiver pronto para atualizar todo o sistema para Ethernet de dez gigabits, ele poderá fazer isso de duas maneiras.

A Ethernet de dez gigabits pode usar cabos CAT-6a/CAT-7 baseados em cobre, abrangendo até 100 metros, ou cabos de fibra ótica monomodo mais caros, capazes de alcançar distâncias de até cinco quilômetros. Ambos os tipos de cabeamento suportam velocidades de transmissão de dados de até 1.100 MB/s. No entanto, os cabos de fibra óptica não podem fornecer energia aos dispositivos. Isso exigiria que os dispositivos fossem alimentados na extremidade oposta.

O padrão USB3 Vision foi desenvolvido com base na experiência e conhecimento adquiridos com o GigE Vision, bem como com outros padrões de visão. Atualmente, o padrão suporta velocidades de transferência de imagens de 400 MB/s em distâncias superiores a 100 metros. Uma combinação de cabos extensores passivos, ativos e de fibra óptica permite que o USB3 Vision alcance distâncias de até 125 metros. O fornecimento de energia também é possível ao usar cabos passivos e ativos, fornecendo 4,5 W de potência para a câmera. No entanto, o comprimento do cabo fica limitado a aproximadamente 10 metros e 25 metros, respectivamente. Ele também consome um terço da energia para transmitir dados do que a tecnologia USB 2.0 anterior e é capaz de transmissão full duplex.