Ist der Framegrabber vom Aussterben bedroht?

Mit fortschreitender Entwicklung stiegen die Aufgaben des Framegrabbers: neben dem reinen Bildeinzug war er verantwortlich für Dinge wie Trigger, Datenformat-Konversionen, Sortieren von Multi-Tap Kameras, Synchronisierung mit Blitzen, Bereitstellen von digitalen IO Leitungen usw. Auch mit dem Aufkommen der ersten digitalen Übertragungsstrecken von Kamera zum PC war der Framegrabber noch immer eine wesentliche Komponente: das Datenvolumen von LVDS Kameras und später Camera Link Kameras ist mit bis zu 680MB/s so hoch, dass nur ein spezialisierter Framegrabber die Daten schnell und zuverlässig in den PC-Speicher transferieren konnte.

Ist der Framegrabber nun vom Aussterben bedroht, da man heute in der Bildverarbeitung schon fast automatisch an die Schnittstellen denkt, die aus der Consumer Welt Einzug halten? USB, GigE Vision und Firewire IEEE 1394: diese Kamera-Interfaces ersetzen den relativ teuren Framegrabber durch eine günstige Low-Cost Interface-Karte bzw. machen ihn gänzlich überflüssig, da sie in den Motherboard-Chipsätzen häufig voll integriert sind.

Das reduziert einerseits die Kosten des Gesamtsystems und vereinfacht darüber hinaus auch die Installation wesentlich. Speziell GigE Vision entwickelt sich in der jüngsten Zeit zum de-facto Standard in der Bildverarbeitung. Den vielen Vorteilen stehen nur wenige Nachteile gegenüber. 125 MB/Sekunden sind für viele Standard-Anwendungen und auch für die meisten in industriellen Kameras üblichen CCD- und CMOS-Sensoren eine ausreichend hohe Datenbandbreite. Lange Kabelstrecken ermöglichen ein flexibles und einfaches Setup vor Ort. Da GigE Vision von allen namhaften Kamera- und Softwarehersteller mitgetragen wird, ist eine hohe Zukunftssicherheit gewährleistet. Dies alles zusammen mit den verringerten Systemkosten macht GigE Vision gegenüber einer Lösung mit Framegrabber zu einem sehr attraktiven Interface für viele Anwendungen.

Trotz der vielen Vorteile der GigE Vision Technologie und deren rasant steigender Verbreitung in allen Branchen werden nach wie vor unzählige Anwendungen neu entwickelt, die auf den Framegrabber nicht verzichten können.

Auf der einen Seite sind da diejenigen Anwendungen, die eine hohe Bandbreite zwischen Kamera und Auswerte-PC benötigen. Zeilenkameras und Flächenkameras auf Basis der neuesten Entwicklungen der Sensorhersteller erzeugen ein Datenvolumen von deutlich über den mit GigE Vision maximal möglichen 125MB/s. Eine trilineare 4k RGB-Zeilenkamera von e2v erzeugt bei 18kHz z.B. ein Datenvolumen von 216MB/s bei 8bit. Der Cypress LUPA 3000 wird in einer aktuellen monochromen Flächenkamera von 485 Bilder/s auf 285 Bilder/s gedrosselt, um bei einer Auflösung von 1690×1710 gerade noch mit Camera Link kompatibel zu sein. Für Kameras dieser Auflösungs- und Geschwindigkeitsklasse ist ein leistungsfähiger Grabber auch heute absolut unverzichtbar. Hersteller wie Matrox Imaging investieren weiterhin in Camera Link: Anfang 2010 wurde der Matrox Radient Framegrabber vorgestellt, der den Anschluss von zwei Camera Link Full Kameras gleichzeitig und damit ein Transfervolumen von bis zu 1700 MB/s über PCIe x8 erlaubt.

Wie der o.g. LUPA Sensor zeigt, existieren schon heute Sensoren, die Camera Link überfordern – und dieser Trend wird mit neuen Entwicklungen bei Flächen- und Zeilensensoren sicherlich fortgesetzt. Daher wird in der Bildverarbeitungsbranche schon heute über einen möglichen Nachfolger zu Camera Link – aktuell in der Form von CoaXPress und HSLink – diskutiert. Diese neuen Hochleistungs-Kamerainterfaces erfordern in jedem Fall wieder eine PC-Einsteckkarte, einen Framegrabber.

Neben dem Bereich Machine Vision, in dem sehr viel über Kameraauflösungen und Kamerageschwindigkeiten diskutiert wird legen Anwendungen in der Medizin- und Militärtechnik andere Schwerpunkte. Hier kommen weniger Kameras als spezialisierte bildgebende Systeme und Videoquellen zum Einsatz, die klassischerweise mit einem analogen Videoausgang ausgestattet waren. Auch hier ist der Umschwung von analogen hin zu digitalen Interfaces voll im Gange, allerdings setzen sich hier fast ausschließlich die Interfaces SDI, DVI und auch HDMI durch. Zur anschließenden Weiterverarbeitung der HD-Videostreams – häufig 1080p, also 1920×1080 Pixel mit 30 oder 60Hz in Farbe, also 355 MB/s benötigt man eine leistungsfähige HD Capture Karte, wie z.B. die Matrox Orion HD.

Aktuelle Framegrabber bieten aber weit mehr, als die reine Erfassung von Kameradaten: Funkionen wie z.B. LUTs, Shading-Korrektur, Bayer-Dekodierung und sogar komplexere Algorithmen in programmierbaren FPGAs können bereits auf dem Framegrabber berechnet werden und entlasten den Host-PC gerade bei anspruchsvollen Anwendungen.

So zeigt sich heute ein mehrschichtiges Bild: auf der einen Seite sind Framegrabber im sog. Standard- und Low-Cost-Bereich definitiv auf dem Rückzug, da sie hier durch die neuen, kostengünstigen Digital-Interfaces abgelöst werden.

Jedoch gibt es auf der anderen Seite große und wachsende Märkte, die auf den Framegrabber nicht verzichten können. Sie nutzen ihn zum Einzug von schnellen, hochauflösenden Bilddaten über Camera Link, dessen Nachfolger oder HD SDI bzw. DVI und nutzen gleichzeitig seine vielfältigen Vorverarbeitungsfunktionen.

So wird der Markt für Framegrabber durch den „Wegfall“ des Low-Cost Bereiches zwar schmäler, jedoch führt dies aufgrund der zahlreichen und vermehrten High-End Anwendungen zu steigenden Stückzahlen. Autor: Raoul Kimmelmann

 

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