Trotz vieler Vorteile hat sich die Lichtwellenleitertechnik in der Bildverarbeitungsindustrie bislang noch nicht etabliert. Nach wie vor dominieren bei den Schnittstellen kupferbasierte Lösungen. Das kann sich nun mit einer neuen Fiber-Schnittstelle ändern.

Die Lichtwellenleitertechnik ermöglicht es, hohe Datenraten über lange Strecken zu übertragen. Das haben in der Vergangenheit insbesondere die Kommunikations- und IT-Branchen erkannt und verwenden seit Jahren Lichtwellenleiter zur Datenübertragung. Sie machen sich auch die Eigenschaft zunutze, dass die über Fiberkabel übertragenen Signale praktisch unempfindlich sind gegenüber externen Störungen wie elektromagnetischen Einflüssen, denn gerade in diesen Branchen wäre eine hohe Störempfindlichkeit nicht akzeptabel. Hinzu kommen relativ geringe Systemkosten aufgrund der mittlerweile günstigen Preise für Lichtwellenleiterkabel und Komponenten.

Höhere Datenrate bei gleichzeitig niedrigeren Systemkosten

Hohe Übertragungsraten und lange Übertragungsstrecken bei extrem geringen Fehlerraten sind Eigenschaften der Fiber-Technik, die gerade auch für Bildverarbeitungsanwendungen interessant sind. Schließlich muss produktionsbedingt nicht selten ein großer Abstand überbrückt werden zwischen dem Aufnahmeort an der Produktionslinie bis zum Standort der Rechnereinheit. Oft beeinträchtigen elektromagnetische Störimpulse an der Produktionslinie die Signalqualität von kupferbasierten Übertragungskabeln erheblich. Um auch bei größerer Distanz die Signalqualität zu erhalten wird dabei heute vielfach auf externe Verstärker zurückgegriffen, welche nicht nur die Handhabung des Bildverarbeitungssystems verkomplizieren, sondern sich zusätzlich negativ auf die Systemkosten niederschlagen.

Lichtwellenleiterkabel schaffen dagegen eine stabile Datenübertragung über mehrere hundert Meter und sind darüber hinaus deutlich dünner und günstiger in der Anschaffung als die bislang eingesetzten kupferbasierten Kabellösungen. Bei den für Bildverarbeitungssysteme entscheidenden Faktoren Kosten, Datenrate, Handhabung und Kabellänge schneiden Fiberkabel somit deutlich besser ab als konventionelle Kupferkabel.

Kompakte Fiber-Schnittstelle für Hochgeschwindigkeitskameras

Dass sich Lichtwellenleiter in der Bildverarbeitung bislang dennoch nicht entscheidend etablieren konnten liegt vor allem daran, dass die erforderliche Schnittstelle bislang nicht in ausreichend kompakter Form im Kameragehäuse integriert werden konnte. Inzwischen hat sich das jedoch geändert und die aktuelle Generation der Komponententechnik für Lichtwellenleiter ermöglicht es, den Kabelstecker problemlos in das Gehäuse einer kompakten High-Speed Kamera zu integrieren. So lassen sich nun Bildverarbeitungslösungen realisieren, die auch ohne zwischengeschaltete externe Transceiver problemlos Daten bis über 300 Meter ohne Verluste übertragen können. Mikrotron, ein Hersteller digitaler High-Speed Kameras mit Sitz im bayerischen Unterschleißheim, hat sich diese Weiterentwicklungen nun zunutze gemacht und mit der EoSens 3Fiber eine fiberbasierte Kameraschnittstelle entwickelt, die auf der bereits etablierten EoSens Kameraserie basiert. Dabei wurde die volle Performance der lüfterlosen Hochgeschwindigkeitskamera mit 3 Megapixeln Auflösung bei 566 Bildern pro Sekunde und bis zu 1.200 Bildern pro Sekunde bei einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixeln mit den Vorteilen der Fibertechnologie kombiniert. Während die bisher genutzten Schnittstellen CameraLink und CoaxPress Datenraten von bis zu 850 Megabyte/Sekunde und respektive ca. 2,3 Gigabyte/Sekunde erreichen, lassen sich mit der Fiberlösung zukünftig bis zu 40 Gigabit/Sekunde übertragen, was etwa 5 Gigabyte/Sekunde entspricht. Hinzu kommt die Kabellänge: die maximale Kabellänge bei CoaxPress beträgt bei dieser Datenrate etwa 15 Meter, mit der Fiberlösung lässt sich eine Kabellänge von bis zu 300 Metern mit dünneren, flexibleren und kostengünstigeren Kabeln realisieren.

Standardisierte Steckverbindungen

Die verwendeten Glasfaserkabel haben einen Kabeldurchmesser von weniger als 4 Millimeter und werden mit standardisierten MTP/MPO Kabelsteckern bestückt, die sicher und zugfest einrasten. Vom FPGA werden die Daten auf das Transceiver–Modul weitergegeben und von dort optisch über Licht übertragen. In der Rechnereinheit werden die Daten von einem Fiber-Framegrabber empfangen und verarbeitet. Die Übertragung erfolgt über vier Fiberkanäle, die entweder in einem QSFP+ Modul in einem Stecker gebündelt werden oder über vier einzelne SFP+ Module am Framegrabber angedockt werden können.

Lange Distanzen störungsfrei überbrücken

Die Kombination eines Schnittstellenprotokolls und einer flexiblen, bewährten High-Speed Glasfaser-Schnittstelle in einer Hochgeschwindigkeitskamera mit den kompakten Maßen 80 x 80 x 53 mm bietet Anwendern viele Vorteile: Das im Vergleich zu kupferbasierten Kabeln extrem dünne Lichtwellenleiterkabel macht die Installation und Handhabung eines Bildverarbeitungssystems vor Ort etwa im Produktionsumfeld deutlich einfacher. Die Störunempfindlichkeit der Kabel gegen elektromagnetische Störungen erlaubt darüber hinaus den Einsatz in Bereichen, in denen das Kamerasystem entsprechenden Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Gleichzeitig verringern sich die Systemkosten signifikant aufgrund des Kostenvorteils von Fiberkabeln gegenüber kupferbasierten Systemen und höhere Datenraten können über eine deutlich längere Strecke übertragen werden. Extrakosten für Fiber Repeater entfallen ersatzlos.