CoaXPress 2.0 für Ihr Vision System
Die Abkürzungen CoaXPress und CXP stehen für so genannte Koaxialkabel. Diese gab es zwar schon zu Zeiten der Röhrenfernseher, aber Ende der 2000er Jahre wurden sie für die Bildverarbeitung optimiert. Im Jahr 2011 wurde die CXP-Schnittstelle dann offiziell als Standard freigegeben und überzeugte schon damals mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten. CoaXPress 2.0 ist eine Weiterentwicklung dieses Standards mit noch höheren Geschwindigkeiten.
Letzte Aktualisierung: 14.03.2024
CoaXPress 2.0 für anspruchsvolle Bildverarbeitungs-Applikationen
In unserem White Paper beantworten wir folgende Fragen:
Was unterscheidet den CXP 1.0/1.1 vom CXP 2.0 Standard?
Wie ist ein klassisches CoaXPress 2.0 Bildverarbeitungssystem aufgebaut?
Wann passt CoaXPress zu meiner Anwendung?
Was ist das Besondere an CoaXPress 2.0?
Im Vergleich zur Vorgängerversion spart CoaXPress 2.0 an Kabeln: Wo früher mehrere Kabel nötig waren, läuft bei dieser Version alles über ein einziges Koaxialkabel. Darüber werden sowohl Daten als auch Strom übertragen – und das mit einer hohen Bandbreite von bis zu 12,5 Gbit pro Sekunde und Kanal.
CoaXPress 2.0 und die Besonderheiten
Im Vergleich zur Vorgängerversion spart CoaXPress 2.0 an Kabeln: Wo früher mehrere Kabel nötig waren, läuft beim neuen Standard alles über ein einziges Koaxialkabel. Darüber werden sowohl Daten als auch Strom übertragen - und das mit einer herausragenden Geschwindigkeit von bis zu 12,5 Gbit pro Sekunde und Kanal. Damit ist CXP die Schnittstelle mit der höchsten Übertragungsgeschwindigkeit auf dem Markt.
Wenn Sie sich für CoaXPress entscheiden, müssen Sie Ihren PC aufrüsten. Während andere Schnittstellen wie z.B. GigE oder USB 3.0 bereits Teil von Standard-PC sind, benötigt CoaXPress eine zusätzliche Schnittstellenkarte oder einen Framegrabber. Nur so können Sie die Daten von der Kamera zu Ihrem Bildverarbeitungssystem übertragen. Der Einsatz einer Bilderfassungskarte oder eines Framegrabbers muss für Sie aber nicht unbedingt von Nachteil sein: Durch die zwischengeschaltete Instanz entlasten Sie die CPU Ihres Rechners, so dass dieser die Rechenleistung auf andere Bereiche konzentrieren kann.
Vorteile von CoaXPress als Schnittstelle
Dank dieser Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle schöpfen Sie die Möglichkeiten moderner hochauflösender Bildsensoren mit einer hohen Bildwiederholrate voll aus – um in Ihren Anwendungen maximale Leistung zu erzielen.
Kabellänge: Während GigE und USB 3.0 auf Kabellängen von maximal 10 Metern begrenzt sind, ermöglicht CXP Übertragungsstrecken von bis zu 40 bis 100 Metern (bei niedrigerer Bandbreite).
Preisvorteil: CXP benötigt für die Datenübertragung als auch Stromversorgung lediglich ein einziges Kabel. CXP gilt daher als die Schnittstelle mit den niedrigsten Kosten pro Megabyte.
Synchronisation: Mit CoaXPress 2.0 lassen sich mehrere Kameras an einen Computer anschließen und sehr präzise miteinander synchronisieren. So können auch bewegte Objekte auf dem Fließband aufgenommen werden.
Schnelligkeit: Mit 12,5 Gbit pro Sekunde setzt CXP als Schnittstelle einen hohen Standard in der Datenübertragung. Zudem kann auch die Geschwindigkeit Ihres Computers profitieren, da die CPU entlastet wird.
Geringste Latenzen: CoaXPress 2.0 bietet eine sehr niedrige Latenz von wenigen Mikrosekunden für harte Echtzeit-Anforderungen mit einer deterministisch sehr geringen Varianz (Jitter).
Kompatibilität: Die Schnittstelle unterstützt den GenICam-Standard, wodurch die Verbindung von Kamera, Interface und Software gegeben ist.
Einfaches Setup: Es gibt lediglich ein einziges Kabel, das mit dem Computer verbunden wird. Sie müssen also nur drei Komponenten installieren und anschließen. Dafür gibt es nur einen Steckertypen: den Micro-BNC (HD-BNC)-Stecker in kleiner Bauform.
Aufbau eines klassischen CoaXPress 2.0-Bildverarbeitungssystems
In der Darstellung sehen Sie den typischen Aufbau eines CoaXPress 2.0-Systems. Die
Im Vergleich zur Vorgängerversion lässt sich ein schlankerer Systemaufbau mit einer geringeren Anzahl an Datenkabeln realisieren. I/O-Kabel sind häufig verzichtbar, weil Stromversorgung und Triggern über das
Welche Anwendungsbereiche profitieren von CoaXPress?
CoaXPress-Systeme eignen sich besonders für Anwendungen, die eine synchronisierte Bilderfassung von mehreren hochauflösenden Kameras bei hohen Geschwindigkeiten erfordern. Dabei spielt der Standard seine Stärken aus, wie die hohe Bandbreite und das Überbrücken größerer Distanzen zwischen Kamera und PC. Dadurch ist es beispielsweise in der Halbleiterindustrie möglich, ein bewegtes Objekt aus mehreren Perspektiven zu erfassen. In 3D AOI-Systemen (Automated Optical Inspection) lassen sich große Datenmengen mit hoher Auflösung ohne nennenswerte Latenzzeit verarbeiten. Weitere Anwendungsgebiete finden sich u. a. in der Druckinspektion, der Fertigungs-Automatisierung, Sport- und Bewegungsanalyse, Lebensmittelinspektion, der Verkehrstechnik (ITS) und der Medizin.
Schnittstellenvergleich – CoaXPress vs. USB / GigE
CXP-Schnittstellen sind nicht in Standard-PCs integriert und benötigen eine Bildeinzugskarte im PC. Deren zusätzlicher Einsatz kann sich aber schnell bezahlt machen, da sie bei den für CXP üblichen hohen Datenraten die CPU des PCs bei der Übertragung der Bilddaten entlasten.
Umstellung auf CoaXPress 2.0
Wenn Sie Ihr System von einer älteren Version auf CoaXPress 2.0 umstellen möchten, müssen Sie nicht alle Komponenten tauschen. Der neue Standard ist nämlich mit der ersten CXP-Version kompatibel, wodurch ein System mit gemischten Generationen funktionstüchtig ist. Jedoch könnten Ihnen dadurch neue Produktfeatures verloren gehen, weshalb sich eine gesamte Umstellung auf lange Sicht in jedem Falle lohnt.
Stellen Sie von einem anderen Interface auf CoaXPress 2.0 um, sollten Sie einige Faktoren überprüfen:
Sind die Kamera und Computer mit der neuen Verkabelung und den damit einhergehenden hohen Daten- und Auflösungsraten kompatibel?
Ist eine Stromversorgung über Power-over-Coax möglich?
Müssen Software und Treiber aktualisiert werden?
Was unterscheidet die Schnittstellenkarte vom Framegrabber?
Framegrabber
Der Begriff Framegrabber stammt aus einer Zeit, als das analoge Videosignal im PC erst noch digitalisiert werden musste. Heutzutage wird das Bild jedoch schon auf dem Kamerasensor digitalisiert und dann in digitaler Form an den PC übertragen. Der Framegrabber stellt also inzwischen nur noch das digitale Interface zur Verfügung (GigE, USB, Camera Link, CoaXPress) und speichert die Bilddaten zwischen. Zudem können einige Framegrabber eine Vorverarbeitung der Daten vornehmen, z.B. Binning oder Skalierung. Die Daten werden zudem per Direct Memory Access (DMA) ohne Umweg über den Prozessor des PC in den Arbeitsspeicher geschrieben. Der Zugriff auf die Bilddaten aus dem Framegrabber erfolgt meist über spezielle Software für die Bildverarbeitung (z.B. Halcon) oder standardisierte Schnittstellen wie GenICam. Der Konfigurationsaufwand und die Kosten für ein System mit Framegrabber sind vergleichsweise hoch.
Schnittstellenkarte
Im Unterschied zum Framegrabber ist eine Schnittstellenkarte einfacher ausgestattet. Sie verzichtet komplett auf die Vorverarbeitung und nimmt lediglich die Bilddaten über den Kamera-Anschluss entgegen, um sie dann direkt im Arbeitsspeicher abzulegen. Dabei wird wieder per DMA die CPU umgangen und damit deutlich entlastet. Da es sich bei CoaXPress - im Gegensatz zu USB und GigE - um ein spezielles Machine Vision Interface handelt, ist die Hardware zur Anbindung von CoaXPress-Kameras an üblichen PCs nicht standardmäßig vorhanden. Eine zusätzliche Karte im PC ist daher notwendig. Durch den Verzicht auf die Bildverarbeitung auf der Schnittstellenkarte sind aber die Kosten und auch der Konfigurationsaufwand hierfür geringer.
Schnittstellenkarte vs Framegrabber
Eigenschaften | Schnittstellenkarte | Framegrabber |
|---|---|---|
Vorverarbeitung der Bilddaten (z. B. Skalierung) | Nein | Ja |
CPU-Entlastung per DMA | Ja | Ja |
Standardtreiber/-schnittstellen (z. B. GenICam) | Ja | Meistens |
Schnittstellen zu Bildverarbeitungs-Software (z. B. Halcon) | Ja | Meistens |
Installations- und Konfigurationsaufwand | Niedrig | Mittel |
Kosten | Niedrig | Mittel |
Fazit: Von CoaXPress 2.0 profitieren
Große Datenmengen bei hoher Übertragungsgeschwindigkeit über weite Entfernungen: Der CoaXPress 2.0-Standard für die industrielle Bildverarbeitung macht all dies möglich. Konzipiert als Nachfolger des Camera Link-Standards erfordert dieses Machine Vision Interface jedoch eine Bildeinzugskarte im PC. Angesichts der großen Datenmengen muss dies aber kein Nachteil sein, da somit die CPU des PCs entlastet wird. Sie steht voll für die Bildverarbeitungs-Anwendung zur Verfügung, da zusätzliche Bildvorverarbeitung auf die Karte ausgelagert wird.
Die Weiterentwicklung von CoaXPress 2.0 ist CoaXPress-over-Fiber. Erfahren Sie mehr darüber im Learning-Artikel.
Unsere CoaXPress 2.0-Produkte
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