Bildverarbeitungs-Schnittstellen USB 3.0 als Großtrend

Die Welt der Bildverarbeitungs-Schnittstellen ist in Bewegung: USB 3.0 als Trend-Interface verdrängt FireWire wohl endgültig und engt die verbleibende Marktnische für CameraLink stark ein. Noch bandbreitenstärkere Schnittstellen wie 10GigE, CameraLink HS und Thunderbolt dagegen kommen nicht recht in die Gänge.

»Auf mindestens jeder zweiten Vision-Messe wird eine neue Schnittstellen-Sau durchs Dorf getrieben«, beklagte ein Branchenexperte dem Autor gegenüber vor einiger Zeit. »Und dies, obwohl die Schnittstelle als solche gar nichts mit der Bildverarbeitung zu tun hat; diese findet ja davor und dahinter statt.« Stimmt - aber höhere Bildsensor-Auflösungen und schnellere interne Bilddatenverarbeitung erfordern eben mehr Durchsatz der Schnittstelle und damit auch neue Standards. Es wäre ärgerlich, wenn ausgerechnet die Schnittstelle der Flaschenhals wäre, der verhindert, die von der Kamera erfassten Bilddaten mit optimaler Geschwindigkeit in den PC hineinzubekommen.

USB 3.0 als neuer Trend

Die jüngste »Schnittstellen-Sau« heißt USB 3.0 - auf der Messe Vision 2011 wurden erstmals Kameras mit der neuen 5-GBit-Version von USB vorgestellt. Inzwischen hat die Schnittstelle in der industriellen Bildverarbeitung massiv Einzug gehalten: »Momentan können wir beobachten, dass die Nachfrage nach USB-3.0-Kameras sich rasant entwickelt und durchaus vergleichbar ist mit der Entwicklung bei USB 2.0 vor einigen Jahren«, konstatiert Bettina Ronit Hörmann, Media Communications Manager bei IDS Imaging Development Systems. »Während 2012 die Einzelstückzahlen angesichts vieler Design-Ins noch eher gering waren, sehen wir jetzt einen starken Anstieg der Verkaufszahlen. Dabei bleibt die Nachfrage nach USB-2.0-Kameras weiterhin konstant und auf hohem Niveau.«

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USB 3.0 als Großtrend

USB 3.0 als Großtrend

Henning Tiarks, Head of Product Management bei der Basler AG, bestätigt dies: »Die Nachfrage nach USB-3.0-Kameras steigt derzeit stark an«, führt er aus. Verantwortlich macht er dafür besonders das Auslaufen der FireWire-Technik: »USB 3.0 ist wegen der technischen Nähe das ideale Interface, um FireWire zu ersetzen. Kunden schätzen besonders die vergleichbar gute Echtzeitfähigkeit, eine sehr niedrige CPU-Last und die einfache Handhabung der Schnittstelle. Außerdem können Kunden in den meisten Fällen Kosteneinsparungen beim Wechsel von FireWire zu USB 3.0 realisieren.« Auch die Ablösung von Kamerasystemen auf CameraLink-Basis beflügle die Nachfrage: »Hier ist neben den Kosteneinsparungen, die durch den Wegfall des Framegrabbers erzielbar sind, vor allem auch die technische Motivation, eine moderne und leistungsfähige Systemarchitektur zu haben, entscheidend.«

Tiarks zufolge ist trotz USB 3.0 der Trend zu Gigabit Ethernet weiterhin ungebrochen: »Die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle verzeichnet aktuell große Wachstumsraten, weil sie für eine Vielzahl von Anwendungen passt, einfach und kostengünstig zu integrieren ist und man viel Zubehör auf dem Markt findet«, sagt er. »Wir gehen mittelfristig von einer ‚friedlichen Koexistenz‘ von USB 3.0 und Gigabit Ethernet aus. Jede Schnittstelle hat eben ihre spezifischen Vorteile.«

Horst A. Mattfeldt, Director Standard Products bei Matrix Vision, erwartet ebenfalls einen Dualismus der beiden Schnittstellen: »USB 3 wird stark nachgefragt, besonders unsere hochauflösenden 10- und 14-Megapixel-Kameras finden sehr großes Interesse«, stellt er fest. »Gigabit Ethernet ist davon nicht negativ betroffen - im Gegenteil: Dass nun beide Schnittstellen von der Applikationsseite gleich ansprechbar sind, beweist den Sinn der Standardisierung unabhängig vom Interface. Man kann sagen, Gigabit Ethernet entwickelt sich zur Standard-Industrieschnittstelle, und USB 3 wird zur Standard-low-cost-Schnittstelle.«

Laut Thomas Hopfner, Principal Software Engineer Machine Vision Standards Development bei MVTec Software, zeigt sich die wachsende Nachfrage nach USB 3.0 auch auf der Software-Seite: »Die Kompatibilität der Bildverarbeitungs-Bibliothek ‚Halcon‘ mit USB-3.0-Kameras wird vermehrt von Kameraherstellern und Distributoren angefragt; viele Kamerahersteller haben zur Auslieferung von USB-3.0-Kameras auch ihre SDKs erneuert«, führt er aus.

Dr. Ronald Müller, Leiter Produktmarketing bei Framos, verweist auf die Positionierung von USB 3.0 zwischen Gigabit Ethernet und CameraLink: »USB 3.0 bietet einen wegweisenden Reifesprung im USB-Standard«, führt er aus. »Mit 80 Prozent mehr elektrischer Leistung für angeschlossene Geräte und erstmals bidirektionalem Datentransfer ist die Schnittstelle ein echter Fortschritt - und obendrein auch robuster gegen Fehler in Daten- und Steuersignalen.« Am wichtigsten sei aber, dass sie die große Lücke zwischen Gigabit Ethernet (etwa 120 MByte/s) und CameraLink Full (etwa 680 MByte/s) schließe: »Die erreichbare Bandbreite von ungefähr 350 MByte/s, die aktuell bei 2 Megapixel Auflösung Bildraten bis zu 180 Bildern pro Sekunde erlaubt, deckt die Anforderungen eines großen Spektrums an Applikationen ab. Wo GigE-Kameras ausreichende Bandbreite aufweisen, werden sie von den meisten industriellen Kunden bevorzugt.«

Etwas skeptischer zeigt sich Rupert Stelz, Gruppenleiter Bilderfassung bei Stemmer Imaging: »Die Kommunikation über die GigE-Vision-Schnittstelle hat sich in den vergangenen Jahren als feste Größe etabliert, die Technik funktioniert in der Regel problemlos, ist in Kombination mit Switches einsetzbar und hat eine gute Entwicklung genommen«, sagt er. »Dies zeigt sich auch daran, dass inzwischen viele Design-Ins auf Basis von GigE-Vision-Systemen realisiert wurden.« USB 3 dagegen befinde sich in der Bildverarbeitung noch in der Einführungsphase, auch wenn einige Hersteller bereits Produkte auf dessen Basis vorgestellt hätten: »In der Vergangenheit hat sich schon mehrfach gezeigt, dass Kunden sich erst dann für eine neue Technologie entscheiden, wenn sie sich sicher sind, dass alle Kinderkrankheiten überwunden sind, wenn feststeht, dass sich der neue Standard halten wird, und wenn ein ausreichend großes Angebot am Markt verfügbar ist. Das ist bei USB 3 aus meiner Sicht nach aktuellem Stand der Dinge noch nicht komplett der Fall.« Allerdings legt Stelz auch Wert auf die Feststellung, »dass die Entwicklungsdauer von USB 3 deutlich kürzer war als die von GigE Vision«. Welche Schnittstelle ein Anwender letztendlich einsetze, »entscheidet sich aber sowieso meist durch die Auswahl des geeigneten Sensors, der dann oft das Interface vorgibt.«