O futuro das interfaces de visão de máquina

Cabo USB3. Fonte: Anil Öztas See More

Esta é uma câmera GigE de alta resolução. Fonte: Lumenera See More

Aqui está uma câmera USB 3.0 de alto desempenho. Fonte: Lumenera See More

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

Com a demanda cada vez maior de taxas de quadros, profundidade de bits e resolução, os padrões de interface devem se adaptar a essas mudanças com novas formas de transferir dados com maior velocidade e robustez. Padrões de interface modernos, como GigE Vision e USB3 Vision, suportam a transmissão de quadros de streaming de vídeo usando interfaces e cabos comumente disponíveis e não requerem o uso de equipamentos especializados como capturadores de quadro (peças caras de infraestrutura de rede que permitem que os computadores capturem quadros de conexões de streaming de vídeo). O protocolo de transferência de quadro é construído diretamente no padrão para minimizar custos e complexidade de implementação.

Com tudo isso em mente, este artigo explora o estado atual e o futuro próximo das interfaces de visão de máquina mais populares que não precisam de um capturador de quadros.

O padrão de interface GigE Vision existe há mais tempo e é mais amplamente adotado do que o USB3 Vision. Em seu estado atual, a interface é capaz de atingir velocidades de transferência de até 115 MB/s em distâncias de até 100 metros com um único cabo. O GigE Vision se beneficia da compatibilidade com versões anteriores projetada na especificação Ethernet, permitindo que ele seja executado na infraestrutura 2.5GBase-T, 5GBase-T e 10GBase-T mais recente. O fornecimento de energia também é possível usando a especificação Power over Ethernet (PoE) em cabos CAT5e/CAT-6a/CAT-7 baseados em cobre. A especificação permite que cada cabo forneça até 25 W de potência para a câmera conectada.

Para aumentar a potência e a velocidade, dois cabos podem ser usados ​​em conjunto, dobrando efetivamente a taxa de transferência e o fornecimento de energia. Isso é obtido usando agregação de link (LAG) que o padrão GigE Vision suporta totalmente, mas a estabilidade com esse tipo de conexão não é fácil de alcançar. Ele também oferece suporte a recursos de rede nativos para Ethernet para permitir a integração em redes existentes e para uso com switches Ethernet para topologias variadas. Novamente, problemas de estabilidade podem surgir em redes mais complexas devido à natureza do protocolo.

Como todas as câmeras em um sistema de visão normalmente estariam na mesma rede, o GigE Vision permite a transmissão de comandos de acionamento para todas as câmeras ao mesmo tempo, permitindo alta sincronicidade entre as câmeras. Além disso, o GigE Vision oferece suporte à transmissão de vários formatos de dados dentro da rede, incluindo, entre outros: RAW (não compactado), JPEG, JPEG 2000 e H.264.

Os próximos passos para GigE Vision atualmente em andamento são a implementação de NBase-T e dez gigabit Ethernet. NBase-T permite a transmissão de dados em até cinco vezes a taxa de gigabit Ethernet sem a necessidade de atualizar a infraestrutura de cabeamento já existente. NBase-T visa servir como uma transição entre gigabit Ethernet e ten gigabit Ethernet, pois serão necessárias apenas pequenas modificações em um sistema existente. Assim que o usuário estiver pronto para atualizar todo o sistema para Ethernet de dez gigabits, ele poderá fazê-lo de duas maneiras.

A Ethernet de dez gigabits pode usar cabos CAT-6a/CAT-7 baseados em cobre com alcance de até 100 metros ou cabos de fibra óptica monomodo mais caros, capazes de atingir distâncias de até cinco quilômetros. Ambos os tipos de cabeamento suportam velocidades de transmissão de dados de até 1.100 MB/s. No entanto, os cabos de fibra ótica não podem fornecer energia aos dispositivos. Isso exigiria que os dispositivos fossem alimentados na extremidade oposta.

O padrão USB3 Vision foi construído com base na experiência e conhecimento adquiridos com o GigE Vision, bem como outros padrões de visão. Atualmente, o padrão suporta velocidades de processamento de imagem de 400 MB/s em distâncias bem acima de 100 metros. Uma combinação de cabos extensores passivos, ativos e de fibra óptica permite que o USB3 Vision alcance distâncias de até 125 metros. O fornecimento de energia também é possível ao usar cabos passivos e ativos, fornecendo 4,5 W de energia para a câmera. No entanto, o comprimento do cabo fica limitado a cerca de 10 metros e 25 metros, respectivamente. Ele também consome um terço da energia para transmitir dados do que a tecnologia USB 2.0 anterior e é capaz de transmissão full duplex.