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 Bildverarbeitungs-Systemen in industrielle Umgebungen. Dass diese hohen Erwartungen inzwischen Realität geworden sind beweist das bislang wahrscheinlich größte konzipierte GigE Vision-Bildverarbeitungs-System. Für eine 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 Durchführung von Versuchen des britischen Kunden entscheidend sind.

Der komplette Versuch wird über ein OPC-System des Kunden gesteuert, das sämtliche Versuchsaspekte verwaltet. Daher wurde ein geeigneter Steuerungs-Server in das System eingebunden, der zu den OPC-Protokollen kompatibel ist, um die volle Steuerung des Bildverarbeitungs-Systems zu ermöglichen.

Die Bildverarbeitungs-Spezialisten von Stemmer Imaging und ihr britischer 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 definiert und geliefert. Perceptive Solutions wurde beauftragt, die Anwendungs- und Steuer-Software zu entwickeln und das Projektmanagement sowie die Projektdokumentation zu übernehmen.

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 des dänischen Herstellers JAI 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 der Kameras befinden sich in einer Umgebung mit hoher elektromagnetischer Belastung, so dass dort eine Übertragung der Daten über Glasfaserkabel mit Medienwandlern erforderlich ist.

Ein großer Anteil der Kameras erfasst Bilder von Vorgängen, die asynchron vom Timing-System des Kunden ausgelöst werden. Aus diesem Grund hat Stemmer 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 aufgenommenen Daten werden von den Servern an eine parallele Reihe von Client-PCs weitergeleitet, 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. Mit Hilfe dieser Software betrachtet der Client-PC die Datenausgabe des Server-PCs 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 so genannte CVB Image Manager. Theoretisch ist dort auch jede andere GigE Vision-kompatible Software denkbar, da sich die Bilddaten vom Server nicht von denen einer anderen GigE Vision-kompatiblen Kamera unterscheiden.

Hohe Systemanforderungen
Der Endkunde stellte in Bezug auf die Erweiterbarkeit, die 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 Projektes war eine enge Zusammenarbeit aller Beteiligten erforderlich. Giles Doe, Geschäftsführer von Perceptive Solutions Ltd, stellt dazu fest: „Aufgrund unserer Erfahrung in der Lieferung komplexer und anspruchsvoller Bildverarbeitungs-Systeme an Unternehmen 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 Endanwender. 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 die CVB-Software auf der Komponenten-Seite sowie die Unterstützung bei der Festlegung der Netzwerkarchitektur und die Entwicklung eines maßgeschneiderten Trigger-Verteilungssystems."

CVB und der CVB GigE Vision Server wurden im vergangenen Jahr von der Automated Imaging Association (AIA) auf die Einhaltung der Anforderungen für die Validierung nach dem GigE Vision-Standard geprüft und haben den Test erfolgreich bestanden. Sowohl CVB als auch der CVB GigE Vision Server sind also 100% kompatibel zum GigE Vision-Standard und arbeiten somit mit allen GigE Vision- und GenICam-kompatiblen Kamera- bzw. Software-Produkten weltweit zusammen. Die Software-Validierung durch die AIA geht weit über die bisherige Software-Zertifizierung hinaus, die lediglich auf der ungeprüften Aussage des Herstellers beruhte, dass das Produkt die Norm erfülle.