Ваш браузер устарел. Он имеет уязвимости в безопасности и может не показывать все возможности на этом и других сайтах. Узнайте, как обновить Ваш браузер.

OK

Что такое CoaXPress?

Спринтер и марафонец в одном лице: CoaXPress, стандарт высокоскоростной передачи данных

Возможно, вы видели коаксиальные кабели в молодости — на старых телевизорах с электронно-лучевой трубкой был разъем для подключения к антенне на крыше или кабельному разъему в стене гостиной. Теперь эти кабели снова возвращаются в нашу жизнь. Однако сегодня кабели — единственное, что есть общего у современных интерфейсов передачи данных по стандарту CoaXPress с их достопочтенными предшественниками.

Стандарт CoaXPress (или кратко CXP) был первоначально предложен шестью компаниями в секторе промышленной обработки изображений. Их цель заключалась в том, чтобы разработать высокоскоростной интерфейс передачи данных, который также позволял бы передавать большие объемы данных на большие расстояния. Первые варианты интерфейса по стандарту CoaXPress были представлены на выставке Vision — ведущей выставке промышленных систем обработки изображений, которая прошла в 2008 году в Штутгарте. Спустя еще три года, в 2011 году, был официально выпущен новый стандарт CXP 1.0. С того момента этот относительно новый стандарт уже прочно зарекомендовал себя в сфере промышленной обработки изображений. В прошлом году он вышел в новой дополненной версии — CXP 2.0. Этот стандарт был официально представлен на выставке Vision 2018.

Интерфейс, основанный на стандарте CoaXPress 1.0/1.1, поддерживает скорость передачи данных до 6,25 Гбит/с. Скорость передачи данных согласно новому стандарту CoaXPress вдвое выше и может достигать 12,5 Гбит/с.

Где целесообразно использовать стандарт CoaXPress?

Типичная область применения CoaXPress – автоматизированный оптический контроль (АОК)
Типичная область применения CoaXPress – автоматизированный оптический контроль (АОК)

По сравнению с другими стандартами, огромным преимуществом протокола CoaXPress является высокая скорость передачи данных. Передача данных между камерой и компьютером на большие расстояния также играет важную роль в решении многих задач и открывает возможности для разработки систем машинного зрения с чрезвычайно сложной архитектурой. На сегодняшний день интерфейс CoaXPress уже получил широкое распространение, особенно в полупроводниковой промышленности. Так, системы автоматизированного оптического контроля (АОК) должны обеспечивать передачу больших объемов данных с высоким разрешением без длительной задержки. К другим направлениям относятся контроль качества печатной продукции, контроль качества пищевых продуктов, технологии мониторинга дорожного движения (ИТС) и медицина. Основная область применения CoaXPress – автоматизированный оптический контроль.

CXP не является стандартным интерфейсом, как GigE или USB 3.0.

Чтобы определить уникальные характеристики CXP, давайте рассмотрим два знакомых нам интерфейса – USB и GigE.

USB 3.0 зарекомендовал себя как высоконадежный интерфейс для сферы промышленной обработки изображений. В основе нового интерфейса USB 3.0, широко распространенного на рынке товаров массового производства, лежит стандарт USB3 Vision. Все новые ноутбуки, ПК и даже планшеты и смартфоны теперь оснащаются интерфейсом USB 3.0.

Gigabit Ethernet (GigE) с 2006 года считается устоявшимся стандартом в промышленной обработке изображений. Учитывая количество установленных систем с технологией GigE, в настоящее время это наиболее широко распространенный интерфейс передачи данных для промышленных цифровых камер.

Основное преимущество USB 3.0 и GigE заключается в том, что для них не требуется дополнительная установка съемных плат на стороне ПК.

В этом состоит огромная разница с протоколом CoaXPress, поскольку для передачи данных на ПК по этому протоколу обязательно должна быть установлена съемная плата. В отличие от USB или GigE, CoaXPress пока еще не стал стандартным интерфейсом ПК. Еще одной причиной использования съемной платы является снижение нагрузки на центральный процессор: без нее передача данных изображения на высокой скорости, характерной для CoaXPress, создаст существенную нагрузку на процессор ПК. Однако при использовании этого дополнительного аппаратного компонента ресурсы процессора будут полностью доступны для решения задач обработки изображений. Последнее, но не менее важное – на съемной плате также находятся разъемы и гнезда CoaXPress. Для CoaXPress 1.0 / 1.1 используются разъемы типа BNC и DIN 1.0/2.3, тогда как для нового стандарта CoaXPress 2.0 используются разъемы Micro-BNC. Еще одна причина использования дополнительной платы состоит в том, что разъемы и гнезда не настолько распространены: для CoaXPress 1.0/1.1 используются разъемы BNC и DIN 1.0/2.3, а для нового стандарта CoaXPress 2.0 – Micro-BNC.

Для передачи данных на ПК по этому протоколу CoaXPress обязательно должна быть установлена съемная плата
Для передачи данных на ПК по этому протоколу CoaXPress обязательно должна быть установлена съемная плата

Сравнение интерфейсов CoaXPress и Camera Link

Давайте сравним протокол CoaXPress с давней «рабочей лошадкой» в системах машинного зрения – высокоскоростным протоколом Camera Link. Camera Link уже почти 20 лет является стандартом передачи изображений в высоком разрешении и с высокой частотой кадров. Максимальная скорость передачи данных по протоколу Camera Link составляет 850 МБ/с. Поскольку частота шины сравнительно низкая и составляет всего 85 МГц, в Camera Link используется несколько параллельных каналов передачи данных, которые называются линиями. В результате кабели получаются очень толстыми, недостаточно гибкими и дорогими. Кроме того, длина кабеля не может превышать 10 метров. В 2008 году CoaXPress был представлен как преемник Camera Link.

Сравнение интерфейсов CoaXPress и Camera Link

В чем разница между платой интерфейса и платой захвата изображения?

Важно уточнить, плата какого типа должна быть установлена в ПК, чтобы подключить камеру с интерфейсом CoaXPress. Должна ли это быть плата захвата изображения?

Термин «плата захвата изображения» появился в те времена, когда все еще было необходимо оцифровывать аналоговый видеосигнал на ПК. Однако сегодня изображение уже оцифровывается сенсором камеры и передается на ПК в цифровом формате. Плата захвата изображения, таким образом, всего лишь обеспечивает цифровой интерфейс (GigE, USB, Camera Link, CoaXPress) и временно хранит данные изображения. Некоторые платы захвата изображения также могут обрабатывать данные – выполнять биннинг (группирование) или масштабирование. Далее данные записываются напрямую в оперативную память с помощью технологии прямого доступа к памяти (DMA), без необходимости использования ресурсов процессора ПК. Данные изображения обычно можно получить с платы захвата изображения с помощью специального программного обеспечения (например, Matrox MIL) или стандартизированного интерфейса (например, GenICam). Затраты на настройку и стоимость системы с платой захвата изображения относительно высоки.

Фрейм-граббер и камера
Фрейм-граббер и камера

Плата интерфейса по сравнению с платой захвата изображения предлагает более простую архитектуру. Она полностью исключает предварительную обработку и только принимает данные изображения от подключенной камеры для дальнейшего сохранения непосредственно в оперативной памяти. Благодаря технологии DMA участие процессора также не требуется, что значительно высвобождает его ресурсы. В отличие от USB и GigE, CoaXPress – специальный интерфейс для систем машинного зрения. По этой причине стандартные ПК не имеют аппаратного обеспечения для подключения камер с интерфейсом CoaXPress. Это означает, что в ПК потребуется установить дополнительную плату. Однако, учитывая отсутствие обработки изображения на плате интерфейса, стоимость системы и затраты на настройку будут ниже.

Характеристика Плата интерфейса Плата захвата изображения
Предварительная обработка данных изображения (например, масштабирование) Нет Да
Снижение нагрузки на ЦП благодаря DMA Да Да
Стандартные драйверы/интерфейсы (например, GenICam) Да Как правило
Сопряжение с ПО обработки изображений (например, Matrox MIL) Да Как правило
Затраты на установку и настройку Низкие Высокие
Цена Низкие Высокие

Резюме

Передача больших объемов данных на высокой скорости и на большие расстояния стала реальностью благодаря стандарту CoaXPress 2.0 в промышленной обработке изображений. Этот стандарт для систем машинного зрения был разработан как преемник широко распространенного интерфейса Camera Link и также требует установки дополнительной интерфейсной платы на ПК. Однако, учитывая большой объем передаваемых данных, это не является его недостатком — ресурсы центрального процессора ПК не расходуются на передачу данных и остаются полностью свободными для решения задач обработки изображений.