Schnittstellen

Vor- und Nachteile des neuen Standards USB3 Vision

| Redakteur: Gerd Kucera

USB3 Vision: Die beschränkte Kabellänge, nach derzeitigem Stand drei Meter, kann je nach Anwendungsfall kritisch sein
USB3 Vision: Die beschränkte Kabellänge, nach derzeitigem Stand drei Meter, kann je nach Anwendungsfall kritisch sein (Bild: STEMMER IMAGING)

Im Massenmarkt kennt man die Datenschnittstelle USB 3.0 mittlerweile aus immer mehr Anwendungen. Seit Ende Januar 2013 ist USB3 Vision in der Version 1.0 als Standard für die Bildverarbeitung veröffentlicht.

Die Technologie hinter USB3 Vision berücksichtigt die aktuellen Notwendigkeiten der Bildverarbeitungsbranche und sorgt dort zugleich für neuen Wind in der Schnittstellendiskussion.

Die neue USB-Schnittstelle für die Bildverarbeitung war schon Ende 2011 während der damaligen Branchenleitmesse Vision ein stark diskutiertes Thema unter den Experten der Branche. Einige Hersteller zeigten bereits zu dieser Zeit erste Produkte mit USB 3.0-Schnittstelle und schürten damit die Hoffnung auf eine schnelle Markteinführung dieser Technologie in der industriellen Bildverarbeitung.

Die Begeisterung für das neue Interface hat seinen guten Grund. Der Nachfolger von USB 2.0 verspricht mit seiner theoretischen Datenrate von 5 GBit/s auf dem Kabel immerhin Netto-Datenübertragungsraten von bis zu 400 MByte/s. Zudem benötigt man wie schon bei USB 2.0 in der Regel keine Bilderfassungskarte im System, da viele PC-Systeme und Laptops auch heute schon über integrierte USB 3.0-Schnittstellen verfügen. Diese Vorzüge in Verbindung mit einem relativ günstigen Preis machen den Einsatz der USB 3.0-Technologie in Form des speziell für die Bildverarbeitung angepassten USB3 Vision-Standards natürlich hochinteressant für den Einsatz in Bildverarbeitungssystemen.

USB3 Vision als Version 1.0 ist von der AIA freigegeben

15 Monate später ist der neue Standard nun Realität: Ende Januar 2013 meldete die zuständige internationale Arbeitsgruppe der AIA (Automated Imaging Association), bestehend aus Experten verschiedener Firmen, die Veröffentlichung der Version 1.0 des USB3-Vision-Standards. Damit ist es gelungen, eine gemeinsame Basis für Machine-Vision-Kameras mit USB 3.0-Schnittstelle zu entwickeln, die „Superspeed USB“, wie USB 3.0 auch genannt wird, nutzt.

„Aspekte wie Performance und Flexibilität standen bei dieser gemeinsamen Anstrengung im Vordergrund“, betont Rupert Stelz, Gruppenleiter Bilderfassung der STEMMER IMAGING GmbH in Puchheim. Er war als Teil der Arbeitsgruppe an der Definition des Standards beteiligt und konnte dabei auf Erfahrungen zurückgreifen, die er bereits bei der Gestaltung des GigE Vision-Standard gesammelt hatte.

USB3 Vision ist ein „Standard on the Wire“: „Wie schon bei GigE Vision benötigt man keine herstellerspezifische Software zum Aufbau eines USB3-Vision-Systems“, erklärt Stelz, „die Firmware der Kamera wird also nicht zur Laufzeit vom Host nachgeladen, sondern muss bereits in der Kamera vorliegen. Somit ist auch der Weg frei für die Integration in Embedded-Systeme, die nicht Windows- oder Linux-basiert sind.“

Dabei setzt USB3 Vision auf eine komplette GenICam-Integration. Die Kameras bringen ihr XML-basiertes Device Description File mit. Das Protokoll zur Steuerung der Kamera ist das ebenfalls in GenICam enthaltene GenCP (Generic Control Protocol), das ursprünglich für CameraLink-Kameras entwickelt wurde.

In der ersten Version von USB3 Vision wird der Datenstrom über einen Bulk-Transfer realisiert. „Vorerst können also keine Bandbreiten reserviert werden, wovon aber andererseits Applikationen mit vielen Kameras profitieren“, erläutert Stelz die Folgen, „abgesehen davon löst der USB-Bulk-Transfer jedoch das komplette Packet Resend-Problem von GigE Vision, da die Datenübertragung gesichert ist. Dies vereinfacht die Integration auf beiden Seiten, also sowohl beim Host als auch beim Device.“ Das Standardisierungskommitee behielt sich jedoch vor, in zukünftigen Versionen auch eine Alternative mit isochronem Transfer zu integrieren.

Zu den weiteren Vorteilen der USB 3.0-Schnittstelle zählt, dass damit ausgestattete Kameras mit bis zu 1,5 A bei 5 V mit Strom versorgt werden können. Laut Stelz ist die Technologie ohne größere Probleme auch auf Laptops einsetzbar, die diese Schnittstelle heute oft schon mitbringen. Wie schon bei GigE Vision sind jedoch deutliche Leistungsunterschiede bei den auf dem Markt erhältlichen Komponenten erkennbar. Ein weiteres interessantes Merkmal des USB3-Vision-Standards besteht darin, dass er auch einen Stecker-Standard mit der Möglichkeit der Arretierung durch Schrauben definiert und somit die Industrietauglichkeit der Technologie verbessert.

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