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Der Datenbus für Kameras in der Bildverarbeitung

Durch die Optik der Digitalkamera wird das auf den CCD-Sensor oder CMOS-Sensor fallende Licht in einzelne Bildpunkte (Pixel) aufgeteilt zu elektronischen Signalen verarbeitet. Diese Signale werden in der Kamera zunächst aufbereitet und dann ausgegeben.
Um die Bilddaten an den Prozessrechner zu leiten, stehen verschiedene Bussysteme zur Verfügung, die zum Teil auch in anderen nicht industriellen Bereichen verwendet werden. Üblich sind hier:

• KameraLink
• Fire Wire
• GigE Vision
• USB / USB2 / USB3

KameraLink

Ein sehr weit verbreiteter Standard ist KameraLink. Diese Datenverbindung zwischen Prozessrechner und Kamera ermöglicht eine schnelle Datenübermittlung der Bildinformationen (Pixel). Zur Steigerung der Geschwindigkeit kann dies in parallelen Streams, so genannten Taps, geschehen. Außerdem können über die KameraLink Verbindung Steuerinformationen zur Kamera gesendet werden. KameraLink gibt es in 3 Varianten: Base (max. 24 bit/Takt), Medium (max. 48 bit /Takt) und Full (max. 64 bit/Takt)
In neueren Entwicklungen kann mit einer "Power over CameraLink" Verbindung auch die Stromversorgung für die angeschlossene Kamera geleitet werden, sodass die Kamera keine eigene Stromversorgung mehr benötigt.
Die Kabellänge der KameraLink Verbindung ist (abhängig von der genutzten Geschwindigkeit) bei etwa 10m begrenzt. Darüber hinaus muß das Signal verstärkt, oder ein Medienumsetzer auf Glasfaserkabel benutzt werden.

FireWire

FireWire ist auch bekannt als i.Link oder IEEE 1394 Standard und wird verbreitet auch bei Consumer-Produkten als digitale Schnittstelle eingesetzt. Mit FireWire lassen sich sehr hohe Geschwindigkeiten der Datenübertragung erreichen. Die zulässige Kabellänge ist jedoch begrenzt. Der früherer IEEE 1394a Standard ist heute weitestgehend durch den IEEE 1394b Standard abgelöst. Er ermöglicht höhere Datengeschwindigkeiten bis zu max. 3200Mbit/s und auch längere Kabelverbindungen.
Bei größeren Entfernungen zwischen Kamera und Auswertungsrechner werden auch zur Verringerung der Störanfälligkeit oft Medienumwandler auf Glasfaserkabel verwendet.

GigE Vision

Gigabit-Ethernet for Machine Vision oder kurz "GigE Vision" basiert auf dem Gigabit-Ethernet Standard. Hier wurde ein produktübergreifender einheitlicher Standard geschaffen, der es erlaubt, verschiedene GigE Vision-kompatible Bildverarbeitungs-Produkte mit einem Host kommunizieren zu lassen. Über die Verbindung werden nicht nur die Bilddaten an den Auswertungsrechner übermittelt, sondern auch alle Einstellungen an der Kamera, wie zum Beispiel Shutter und Gain Einstellungen, Bildausschnitt (ROI) und Geschwindigkeit (fps) gesendet.

USB / USB2 USB 3

Der USB (Universal Serial Bus) ist heute praktisch DER Standard bei Anschlüssen von Geräten, wie Drucker, Scanner, Mouse, WebCam usw. an den PC.
Für den Bereich der industriellen Bildverarbeitung ist diese Verbindungsart allerding von untergeordneter Bedeutung. Dies liegt hauptsächlich an der relativ langsamen Geschwindigkeit (bei USB 1.1 max. 12Mbit/s). Bei dem seit etwa 2002 praktisch eingesetzten USB 2.0 Standard ist die Geschwindigkeit auf max. 480Mbit/s gesteigert worden. Dies sind allerding nur theoretische Geschwindigkeiten. Die tatsächliche Datenrate liegt durch ein Protokoll-Overhead deutlich darunter.
Erst seit dem sich der USB3 Standard mit bis zu 5 GBit/s etabliert hat, ist die breitere Verwendung dieses Bussystems auch für schnellere Anwendungen möglich. Die sehr viel höheren Datenfrequenzen, die hierbei zum Einsatz kommenden, stellen allerdings auch deutlich höhere Anforderungen an die Kabelverbindungen.

Über das USB-Kabel kann auch eine Stromversorgung des angeschlossenen Gerätes (bis max. 5V / 500mA) erfolgen.
Die Länge des Datenkabels ist gemäß der Spezifikation auf 5m begrenzt. Mit entsprechenden Geräten, zum Beispiel sogenannten Line-Extendern, können aber auch lange Strecken überwunden werden.