Il futuro delle interfacce di visione artificiale

Cavo USB3. Fonte: Anil Öztas

Questa è una fotocamera GigE ad alta risoluzione. Fonte: Lumenera

Ecco una fotocamera USB 3.0 ad alte prestazioni. Fonte: Lumenera

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

Con la domanda in continua crescita di framerate, profondità di bit e risoluzione, gli standard di interfaccia devono adattarsi a questi cambiamenti con nuovi modi per trasferire i dati con maggiore velocità e robustezza. I moderni standard di interfaccia come GigE Vision e USB3 Vision supportano la trasmissione di frame video in streaming utilizzando interfacce e cavi comunemente disponibili e non richiedono l'uso di apparecchiature specializzate come frame grabber (costose parti di infrastruttura di rete che consentono ai computer di acquisire frame da connessioni video in streaming). Il protocollo di trasferimento frame è integrato direttamente nello standard per ridurre al minimo i costi e la complessità di implementazione.

Tenendo presente tutto ciò, questo articolo esplora lo stato attuale e il prossimo futuro delle più popolari interfacce di visione artificiale che non necessitano di frame grabber.

Lo standard di interfaccia GigE Vision esiste da più tempo ed è più ampiamente adottato rispetto a USB3 Vision. Allo stato attuale l'interfaccia è in grado di raggiungere velocità di throughput fino a 115 MB/s su distanze fino a 100 metri con un singolo cavo. GigE Vision beneficia della compatibilità con le versioni precedenti progettata nelle specifiche Ethernet, che gli consente di funzionare su infrastrutture 2.5GBase-T, 5GBase-T e 10GBase-T più recenti. L'erogazione di potenza è possibile anche utilizzando la specifica Power over Ethernet (PoE) su cavi CAT5e/CAT-6a/CAT-7 basati su rame. Le specifiche consentono a ciascun cavo di fornire fino a 25 W di potenza alla fotocamera collegata.

Per aumentare potenza e velocità, è possibile utilizzare due cavi in ​​tandem, raddoppiando di fatto la produttività e l'erogazione di potenza. Ciò si ottiene utilizzando la link aggregation (LAG) che lo standard GigE Vision supporta completamente, ma la stabilità con questo tipo di connessione non è facile da ottenere. Supporta inoltre funzionalità di rete native di Ethernet per consentire l'integrazione nelle reti esistenti e l'utilizzo con switch Ethernet per varie topologie. Anche in questo caso, possono sorgere problemi di stabilità su reti più complesse a causa della natura del protocollo.

Poiché tutte le telecamere di un sistema di visione si trovano generalmente sulla stessa rete, GigE Vision consente la trasmissione di comandi di attivazione a tutte le telecamere contemporaneamente, consentendo un'elevata sincronicità tra le telecamere. Inoltre, GigE Vision supporta la trasmissione di più formati di dati all'interno della rete inclusi, ma non limitati a: RAW (non compresso), JPEG, JPEG 2000 e H.264.

I prossimi passi per GigE Vision attualmente in corso sono l'implementazione di NBase-T e dieci Gigabit Ethernet. NBase-T consente la trasmissione di dati fino a cinque volte la velocità di Gigabit Ethernet senza la necessità di aggiornare l'infrastruttura di cablaggio già esistente. NBase-T mira a fungere da transizione tra Gigabit Ethernet e dieci Gigabit Ethernet poiché saranno necessarie solo piccole modifiche a un sistema esistente. Una volta che un utente è pronto per aggiornare l'intero sistema a dieci gigabit Ethernet, potrà farlo in due modi.

Dieci Gigabit Ethernet possono utilizzare cavi CAT-6a/CAT-7 basati su rame che si estendono fino a 100 metri o cavi in ​​fibra ottica monomodale più costosi in grado di raggiungere distanze fino a cinque chilometri. Entrambi i tipi di cablaggio supportano velocità di trasmissione dati fino a 1.100 MB/s. Tuttavia, i cavi in ​​fibra ottica non possono fornire alimentazione ai dispositivi. Ciò richiederebbe che i dispositivi fossero alimentati all'estremità opposta.

Lo standard USB3 Vision è stato creato sull'esperienza e sulla competenza acquisite da GigE Vision e da altri standard di visione. Attualmente lo standard supporta velocità di trasmissione delle immagini di 400 MB/s a distanze ben superiori a 100 metri. Una combinazione di cavi di estensione passivi, attivi e in fibra ottica consente a USB3 Vision di raggiungere distanze fino a 125 metri. L'erogazione di potenza è possibile anche quando si utilizzano cavi passivi e attivi, fornendo 4,5 W di potenza alla telecamera. Tuttavia, la lunghezza del cavo viene limitata rispettivamente a circa 10 metri e 25 metri. Inoltre, per trasmettere i dati consuma un terzo dell'energia rispetto alla precedente tecnologia USB 2.0 ed è in grado di effettuare trasmissioni full duplex.