PCIe-Kameras für Embedded Vision mit bis zu 6.000fps
Block-Übertragung mit PCIe
In vielen Embedded Vision Systemen kommen Bildsensoren zum Einsatz, die über das Camera Serial Interface CSI2 direkt integriert sind. Daraus ergibt sich oft eine funktionale Beschränkung sowie eine Begrenzung in Bezug auf Bildauflösung und Framerate. PCI Express (PCIe) bietet die Möglichkeit, diese Lösungen auch auf einer Standardschnittstelle umzusetzen. Mit der Kamerafamilie BVS CA-BN hat Balluff ein entsprechendes Produkt im Portfolio, das einfach integriert werden kann und auch höhere Bildauflösungen bei entsprechenden Frameraten ermöglicht.
Bild: Balluff GmbHDa diese Kameras die standardisierte PCIe-Schnittstelle nutzen, erfolgt die Einbindung der Kameras durch Installation des Impact Acquire SDKs oder Kopieren der notwendigen Laufzeitkomponenten. Es stehen Installationspakete für verschiedene Plattformen (ARM, ARM64, x86) und die Betriebssysteme Windows, Linux und MacOS zur Verfügung. Hierfür sind keinerlei Eingriffe in das Betriebssystem oder die Konfigurationen des Computing Targets nötig. Nach der Installation funktionieren die PCIe Kameras der BVS CA-BN Serie sofort und werden über die GenICam Transport Layer (GenTL) Schnittstelle als Device auch für 3rd Party Software erreichbar. Der Zugriff auf die Kameras erfolgt über die Features der Standard Feature Naming Convention (SFNC) und vendor-spezifische Ergänzungen. Dadurch ist auch der Umstieg von einer GigE Vision- oder USB3 Vision-Kamera problemlos möglich.
Bild: Balluff GmbHBis zu 6.000fps mit Block-Scan Mode
Da die Kameras der BVS CA-BN Serie mit einer on-board Image Signal Processing Pipeline (ISP) ausgestattet sind, können bekannte Vorverarbeitungsschritte unabhängig von der Leistungsfähigkeit des Computing Targets auf der Kamera abgearbeitet werden. Bekannte Funktionen aus traditionellen Vision Kameras, wie Debayering, Look-Up Table, Gamma-Korrektur oder die Anwendung einer Farbkorrekturmatrix (CCM) sind somit in gleicher Weise anwendbar und werden auf den Kameras latenzfrei umgesetzt. Aufgrund der optimalen Bildsensoranbindung lassen sich zudem extreme Bildraten von mehreren 1.000fps erreichen.
Üblicherweise entstehen bei diesen Bildraten große Interrupt-Raten auf den angeschlossenen Computing Targets, was in der Regel ab einem bestimmten Punkt nicht mehr korrekt verarbeitet werden kann. Um dennoch diese Acquisitions-Raten zu ermöglichen, ist die Anwendung des Block-Scan Modes zu empfehlen. Hierbei werden mehrere Bilder in der Kamera zu einem Speicherblock kombiniert und mit entsprechend geringerer absoluter Gesamt-Framerate übertragen. Werden zehn Bilder kombiniert, entsteht eine um den Faktor zehn verringerte Bildrate und damit einhergehend eine entsprechend geringere Interrupt-Last. Eine Anwendung, die dieses Verfahren nutzen kann, ist die Quasi-Zeilenkamera. Dazu wird die Bildhöhe im ImageFormatControl auf das Minimum reduziert, wodurch sich aufgrund der schnellen Sensoranbindung eine maximale Framerate ergibt. Beispielsweise erreicht eine BVS CA-BN2-0032ZG mit dem 3,2MP Bildsensor Sony IMX252 (2.064x1.544 Pixel) eine Framerate von über 6.000fps. Moderne Bildsensoren bieten darüber hinaus weitere Spezialmodi. Diese sind zum Teil bereits über Kamera-Features erreichbar oder können auf Kundenwunsch implementiert werden. So sind bereits Dual-ADC, Multiple ROI oder auch Fast Trigger Teil der aktuellen Kamera-Firmware.
Fazit
PCI Express Kameras erlauben es, anspruchsvolle Anwendungen im Embedded Bereich umzusetzen und verhalten sich bezüglich der Softwareintegration und der Handhabung identisch zu industriellen Standardkameras mit GigE Vision oder USB Vision Interface. Der größte Unterschied ist dabei allerdings, dass das Bild direkt mit der Ausleserate des Bildsensors den Empfangspuffer des Computing Targets per Direct Memory Access (DMA) erreicht und somit die CPU des Hostsystems nicht belastet.
In vielen Embedded Vision Systemen kommen Bildsensoren zum Einsatz, die über das Camera Serial Interface CSI2 direkt integriert sind. Daraus ergibt sich oft eine funktionale Beschränkung sowie eine Begrenzung in Bezug auf Bildauflösung und Framerate. PCI Express (PCIe) bietet die Möglichkeit, diese Lösungen auch auf einer Standardschnittstelle umzusetzen. Mit der Kamerafamilie BVS CA-BN hat Balluff ein entsprechendes Produkt im Portfolio, das einfach integriert werden kann und auch höhere Bildauflösungen bei entsprechenden Frameraten ermöglicht.
Bild: Balluff GmbHDa diese Kameras die standardisierte PCIe-Schnittstelle nutzen, erfolgt die Einbindung der Kameras durch Installation des Impact Acquire SDKs oder Kopieren der notwendigen Laufzeitkomponenten. Es stehen Installationspakete für verschiedene Plattformen (ARM, ARM64, x86) und die Betriebssysteme Windows, Linux und MacOS zur Verfügung. Hierfür sind keinerlei Eingriffe in das Betriebssystem oder die Konfigurationen des Computing Targets nötig. Nach der Installation funktionieren die PCIe Kameras der BVS CA-BN Serie sofort und werden über die GenICam Transport Layer (GenTL) Schnittstelle als Device auch für 3rd Party Software erreichbar. Der Zugriff auf die Kameras erfolgt über die Features der Standard Feature Naming Convention (SFNC) und vendor-spezifische Ergänzungen. Dadurch ist auch der Umstieg von einer GigE Vision- oder USB3 Vision-Kamera problemlos möglich.
Balluff GmbH
Dieser Artikel erschien in inVISION 2 (April) 2025 - 15.04.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
