Über 250 vernetzte Kameras

Das System aus über 250 Kameras nutzt die volle Geschwindigkeit und Flexibilität von Gigabit-Ethernet und ermöglicht die Realisierung eines sehr großen und komplexen Setup auf Basis von Standard-Netzwerk-Hardware und -Toplogie

Die Kameras sind über Glasfaser- oder CAT6-Kabel sowie teilweise mithilfe von Medienwandlern über beide Kabeltypen an das System angeschlossen

An die Einführung der Standards GigE Vision und GenICam im Jahr 2006 wurden in der Bildverarbeitungs-Industrie große Erwartungen geknüpft. Die Fähigkeit, Bilddaten mit bis zu 1 Gbit/s über eine Distanz von bis zu 100 m mit Standard-Industriekabeln und -steckern zu übertragen, ohne an einen einzelnen Kamera-Hersteller gebunden zu sein, versprach eine enorme Flexibilität im Hinblick auf die zukünftige Integration von Bildverarbeitungssystemen in industrielle Umgebungen. Dass diese hohen Erwartungen inzwischen Realität geworden sind, beweist das bislang wahrscheinlich größte konzipierte GigE-Vision-Bildverarbeitungssystem, das von Stemmer Imaging realisiert wurde.

Für eine bedeutende wissenschaftliche Einrichtung in Großbritannien hat Stemmer Imaging die Leistungsfähigkeit der Standards GigE Vision und GenICam genutzt und ein Bildverarbeitungs-System auf Basis von GigE Vision entwickelt, das mehr als 250 Kameras umfasst. Diese Kameras dienen zum Abgleich von Komponenten, die für die erfolgreiche Versuchsdurchführung entscheidend sind. Der komplette Versuch wird über ein OPC-System des Kunden gesteuert, das sämtliche Versuchsaspekte verwaltet. Um hier die volle Steuerung des Bildverarbeitungssystems zu ermöglichen, wurde ein geeigneter, zu den OPC-Protokollen kompatibler Steuerungs-Server in das System eingebunden.

Die Bildverarbeitungs-Spezialisten von Stemmer Imaging und der britische Partner Perceptive Solutions Ltd. haben mehr als ein Jahr an der Entwicklung des Systems gearbeitet: Die gesamte Hardware und die zugrunde liegende GigE-Vision-Software wurden von Stemmer Imaging definiert und geliefert; Perceptive Solutions entwickelte die Anwendungs- und Steuer-Software und übernahm das Projektmanagement sowie die Projektdokumentation.

Vielfältige Anschlussvariationen

Im fertigen System kommen hauptsächlich Kameras vom Typ JAI CM-040GE sowie einige Kameras des Typs JAI TM-2040GE und JAI TM-4200GE zum Einsatz. Jede Kamera ist über eine Reihe von Hochleistungs-Switches an ein Netz von 2HE-Industrie-PCs angeschlossen. Die meisten Kameras sind dabei mit CAT6-Kabeln zur Datenübertragung und Steuerung mit dem System verbunden, doch einige befinden sich in einer Umgebung mit hoher elektromagnetischer Belastung, sodass dort eine Übertragung der Daten über Glasfaserkabel mit Medienwandlern erforderlich ist.

Viele der Kameras erfassen Bilder von Vorgängen, die asynchron vom Timing-System des Kunden ausgelöst werden. Aus diesem Grund hat Stemmer Imaging ein Trigger-Verteilungssystem entwickelt, welches das Trigger-Signal über Glasfaserkabel an Faser-TTL-Konverter in der Nähe der Kameras überträgt. Um eine Nutzung der begrenzten verfügbaren Bandbreite zu ermöglichen, werden die durch das Trigger-Signal aufgenommenen Bilder in den Kameras gespeichert, bevor sie von den PCs angefordert werden.

Der PC wird zur Kamera

Die Server leiten die aufgenommenen Daten an eine parallele Reihe von Client-PCs weiter, die von den Anwendern bedient werden. Dies hat sich als ideale Anwendung für das Software-Modul GigE Vision Server aus der Bildverarbeitungs-Bibliothek Common Vision Blox (CVB) von Stemmer Imaging bewährt. Mithilfe dieser Software betrachtet der Client-PC die Datenausgabe des Server-PC als GigE-Vision-kompatible Kamera, was eine hocheffiziente Methode der Bilddatenübertragung darstellt. Im Live-Modus kann für jede Untergruppe der über 250 Kameras die Ausgabe von den Anwendern so gewählt werden, dass ein gleichzeitiges Betrachten von bis zu drei Kamera-Bildern an jedem der Client-PCs möglich ist.

Die Server verwalten die Bildaufnahme und die Steuerung der Kameras und übertragen die Bilddaten über den GigE Vision Server an die Clients. Die GigE Vision Server Software kann die Bilddaten per Multicast ausgeben, wenn der Dateninhalt einer Kamera auf mehreren Clients betrachtet werden soll. Auf allen Client-PCs dieser Anwendung läuft das CVB-Basispaket, der sogenannte CVB Image Manager. Denkbar ist dort auch jede andere GigE-Vision-kompatible Software, da sich die Bilddaten vom Server nicht von denen einer anderen GigE-Vision-kompatiblen Kamera unterscheiden.

Hohe Systemanforderungen

Der Endkunde stellte in Bezug auf Erweiterbarkeit, Anpassungsfähigkeit und langfristige Wartbarkeit hohe Anforderungen an das System. GigE Vision war deshalb die logische Wahl, da dieser Standard inzwischen von vielen führenden Kamera-Herstellern unterstützt wird. Die Verwendung kommerzieller, serienmäßig produzierter Netzwerk- und EDV-Komponenten ermöglicht zudem eine einfache Anpassung des Systems, um die ständig steigenden Geschwindigkeiten dieser Komponenten zu nutzen.

Zur Realisierung eines derart komplexen Projekts war eine enge Zusammenarbeit aller Beteiligten erforderlich. Giles Doe, Geschäftsführer von Perceptive Solutions Ltd, erläutert dazu: „ Aufgrund unserer Erfahrung in der Lieferung komplexer und anspruchsvoller Bildverarbeitungssysteme an Spitzenunternehmen in der ganzen Welt übernahmen wir die Verantwortung für die Realisierung der Kerntechnologie, um den Anforderungen des Kunden gerecht zu werden, d.h. eine funktionelle Lösung zu entwickeln, die perfekt auf seine Bedürfnisse abgestimmt ist. Unser Aufgabengebiet umfasste das Projektmanagement, die komplette Systemprüfung und -dokumentation sowie die Herstellung der Software-Schnittstelle für den Endan-wender. Als anerkannter Wertschöpfungspartner lieferte die Firma Stemmer Imaging alle wichtigen Bildverarbeitungs-Komponenten, die für eine funktionsfähige und geprüfte Lösung erforderlich waren. Dazu zählten sämtliche Kameras, Kabel, Netzgeräte, Medienwandler, Schalter, PCs und und die CVB-Software auf der Komponenten-Seite sowie die Unterstützung bei der Festlegung der Netzwerkarchitektur und die Entwicklung eines maßgeschneiderten Trigger-Verteilungssystems." Martin Kersting, Technischer Direktor bei Stemmer Imaging, betont den Mehrwert, den sein Unternehmen bei der Realisierung dieser Anwendung bieten konnte: „ Dieses Projekt ist ein großartiges Beispiel dafür, wie wir über die bloße Lieferung von Komponenten hinaus sowohl die Hardware als auch die Software entwickeln und individuell gestalten und damit eine für die Bedürfnisse des Kunden maßgeschneiderte Lösung liefern können."

Nach Informationen der Stemmer Imaging GmbH in Puchheim ( www.stemmer-imaging.de )