RÉSEAUX DE TRANSFERT D'IMAGES

Les réseaux spécialisés et dédiés au traitement d'images proposent des structures réseau performantes et des interfaces d'échange de données adaptées aux applications de vision industrielle. De leur côté, les systèmes d'acquisition et de traitement d'images sont gourmands en terme de bande passante et nécessitent d'échanger des volumes importants de données ( les images ) tout en garantissant des temps de réponses parfois très courts.

Lorsque le système de traitement est embarqué dans un capteur de vision, la principale contrainte est le volume de données échangées pendant un laps de temps déterminé. Cette contrainte dépend du nombre d'images que l'utilisateur souhaite visualiser et du rythme auquel il souhaite le faire, elle dépend aussi de la fréquence d'archivage souhaitée et du nombre de caméras en réseau.

Lorsque le traitement des images est externe au système d'acquisition, il est en plus nécessaire de transférer toutes les trames des images acquises vers le système de traitement dans un temps raisonnable du point de vue l'application, de façon à garantir un temps de traitement suffisant pour permettre une bonne réactivité du système de vision envers les équipements à commander.

Il y a beaucoup de différentes sortes de systèmes d'acquisition d'images, et ces réseaux qui leur sont dédiés fournissent des interfaces standards qui en facilitent l'exploitation tout en permettant d'être relativement indépendant vis à vis du matériel.

• Pour compléter ce propos, vous pouvez lire cet article intéressant portant sur le choix d'un bus de caméra adapté ( ).

  National Instruments - www.ni.com

« CameraLink » est une spécification uniquement matérielle qui a été conçue par des fabricants de caméras et de cartes d'acquisition d'images pour accéder aux systèmes de vision et aux équipements installés dans un réseau, dans le but d'en lire les trames rapidement et d'en permettre le contrôle. Cette spécification est basée sur l'interface « Channel Link » de National Semiconductors ( dorénavant Texas Instruments ). Les spécifications de « CameraLink » ( ) en cours sont fournies par l'AIA ( www.automate.org ) qui les maintient et les fait évoluer. Ses performances permettent typiquement un taux de transfert de données de 2 Gbits/s pour la configuration de base, et autour de 5.5 Gbits/s pour la configuration medium et pour la configuration complète.

• Description détaillée des connexions « Cameralink ».

  Vous trouverez ici les diagrammes de câblage pour les connecteurs dédiés et pour chaque mode opératoire. ( Ces informations sont incluses dans le fichier des spécifications Cameralink présenté ci-après ).

  www.siliconimaging.com

Bien que ces spécifications ne soient pas à jour ( il s'agit d'une ancienne version ), vous y trouverez toutes les informations de base que vous pouvez désirer obtenir sur la technologie : la description des signaux, l'affectation des ports, la description des connexions et l'affectation des bits, eu égard à chaque configuration disponible.

www.imagelabs.com

La protocole normalisé « IEEE 1394 » est aussi appelé « DCAM » ( protocole de caméra digitale ), « IIDC » ( caméra numérique pour l'instrumentation et l'industrie ), « Firewire », « iLink » ou encore « I-Link ». Il a été originellement développé par la société Apple et se présente en quelque sorte comme le concurrent de la technologie USB.

Au tout début, ce bus série très rapide a été conçu pour des utilisations audio et vidéo numériques « grand public ». Il effectue les transferts de données de façon tout à la fois synchrone et asynchrone, ce qui le conduit à proposer des caractéristiques temps réel. N'importe comment, « Firewire » est compatible avec une utilisation industrielle quand le but est de mettre en œuvre des réseaux de systèmes de vision pour un coût raisonnable.

Damien DOUCHAMPS est un ingénieur particulièrement impliqué dans le monde des caméras numériques et dans le monde de la norme « IEEE 1394 ». Il partage beaucoup d'informations et il publie quelques logiciels utilitaires de sa composition, en relation avec les équipements vidéos

• Vous pouvez télécharger les spécifications IEEE 1394 complètes à partir de la version V 1.04 jusqu'à la version courante.

  Vous pouvez jeter un regard sur ce résumé des standards ( ) dans le but de bien comprendre l'organisation des nombreuses versions.

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• Damien maintient et fournit la liste des caméras numériques Firewire, vraisemblablement la plus complète des listes disponibles. Elle présente les caractéristiques principales et le prix public de chacun des appareils présentés. Depuis 1999, cette liste contient les références de caméras scientifiques, de caméras industrielles et de toutes sortes d'autres caméras conformes à ce standard ( la liste est réellement impressionnante ! ).

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• Libdc1394 est une interface de programmation IEEE 1394 de haut niveau utilisée pour contrôler des caméras basées sur « Firewire ». L'interface a été développée par Damien DOUXCHAMPS lui-même en association avec quelques uns de ses collègues.

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• Coriander est une interface utilisateur IEEE 1394 graphique qui s'exécute sur Linux. Elle permet de contrôler directement une caméra au travers du bus « DCAM ».

Damien DOUXCHAMPS - https://damien.douxchamps.net/.

• Qu'est ce que DCAM / IIDC ?
• Le réglage des paramètres d'une caméra Firewire.
• La sensibilité spectrale et les réglages de couleur des caméras Firewire.

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• Paramétrer la caméra pour maximiser la qualité de l'image.
• Calculer la distance focale pour déterminer les paramètres dont vous avez besoin.
• Choisir les objectifs et monter les objectifs sur une caméra.

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• Le réseau série haut débit IEEE 1394 ( ).

  Jerry Fife - Sony inc.

[ Archives ]

Cette présentation montre combien le standard IEEE 1394 peut être compatible avec des applications industrielles aussi différentes que le traitement d'images, que le transfert de données en tant que bus de terrain industriel, que le contrôle d'axes ou que l'accès à des capteurs distants.

Ce document compare certaines des caractéristiques offertes par ce système de communication avec les caractéristiques offertes par le standard « Gige Vision » ( pour ce qui concerne la topologie, les performances, l'utilisation et les contraintes matérielles ) et il montre aussi pourquoi la norme IEEE 1394 représente une solution de communication fiable et pertinente en tant que réseau d'automatisme industriel, particulièrement pour ce qui concerne la version IEEE 1394b.

Par l'association IEEE 1394

• Tutoriel sur les références techniques de Firewire.

  Ce document de 78 pages présente tout ce que vous avez besoin de savoir pour bien comprendre le standard DCAM et comment ce système fonctionne. Le contenu porte sur la topologie, sur l'architecture, sur les procédés de communication, sur les procédés de synchronisation, sur les structures de données et ainsi de suite. Ce document pédagogique technique est destiné à familiariser les concepteurs avec cette technologie, et plus particulièrement ceux qui n'en sont pas familiers ou qui y sont confrontés pour la première fois.

  Par l'association du standard 1394.

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• Guide de conception Firewire / IEEE 1394.

  Ce document présente en détail des considérations sur la conception d'un système, sur les câbles d'alimentation, sur la sélection des liaisons, sur les différentes couches dur firmware, sur les aspects mécaniques et plein d'autres choses encore.

  Par l'association 1394.

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• Spécifications techniques du standard de caméras numériques pour l'instrumentation et l'industrie IIDC version 1.1.0.

  Ce document est très technique puisqu'il se destine aux équipes de conception travaillant pour des fabricants de caméras, dans l'intention de les aider à implémenter une interface numérique dans leurs produits.

  La structure générale, les registres, leurs champs aussi bien que les formats de données y sont tous bien définis et bien expliqués. Les blocs de données utilisés pour contrôler le format des images, les couches de transport, l'acquisition, la luminance, les couleurs, les tables LUT, les triggers, les données utilisateur, les compteurs et les temporisations y sont plus particulièrement décrits avec précision.

  Par l'association 1394 et la JIIA.

Ce court document doit être appréhendé dans le contexte de l'industrie automobile et des véhicules modernes équipés de systèmes multimédia, dans lequel il compare deux solutions - la version 1394 automotive avec les ponts audio-video d'Ethernet AVB - pour mettre en œuvre des transferts de données multimedia.

Très rapidement, le résultat de cette comparaison est que les taux de transfert de données sont similaires pour chacune de ces solutions. Mais lorsque l'on prend en compte la topologie d'un réseau multimedia complet embarqué dans un véhicule, le poids de tous les équipements et de tout le câblage associés plus les coûts globaux, la solution 1394 semblerait plutôt être la plus performante des deux.

Par l'association 1394.

« GIGE VISION » ( Gigabit Ethernet pour les systèmes de vision ) est un système de communication spécialisé de haute performance dédié aux systèmes de vision et plus généralement dédié au transfert d'images. Son intention est de faire dialoguer des caméras en provenance de différents fabricants avec n'importe quel autre équipement et avec n'importe quelle application utilisateur.

Cette technologie a adopté Gigabit Ethernet comme support de transmission des données et ses concepteurs ont fait le choix d'exploiter le protocole de données utilisateur UDP plutôt que le protocole de contrôle des transmissions TCP, probablement pour accroître les performances de vitesse de transmission. Le standard évoluera vraisemblablement vers l'adoption du standard 10 Gigabits Ethernet.

Cette interface normalisée permet aux fabricants de fournir des équipements compatibles sans qu'il soit nécessaire d'y apporter de modifications personnalisées, ce qui résulte en un système de réseau assez universel facilement accessible par n'importe quelle partie tierce.

Les spécifications techniques complètes sont structurées en quatre parties : la découverte des équipements, le protocole de contrôle, le protocole de gestion de flux et les registres de configuration.

• La découverte des équipements.

  Cette partie décrit le processus qui permet à un équipement d'obtenir une connexion au travers de l'interface réseau, avant de décrire le processus qui lui permet d'obtenir une adresse IP valide en utilisant les protocoles standards. Elle détaille aussi la méthode qui permet à une application de lister tous les équipements présents sur un réseau.

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• GVCP - Protocole de contrôle.

  Ce protocole spécifie comment mettre en œuvre la configuration des équipements connectés et comment garantir la fiabilité des transferts d'images. Il s'exerce au niveau de la couche application en relation avec le protocole UDP de la couche de transport et il fournit à une application unique ( l'application primaire ) le support nécessaire pour contrôler un équipement.

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• GVSP - Protocole de gestion de flux.

  Ce protocole spécifie comment mettre en œuvre les échanges de données et il s'exerce lui aussi au niveau de la couche application. Son but est de permettre à un destinataire de recevoir des données constituant les images ou de lui permettre de recevoir n'importe quelle autre information en provenance d'un transmetteur compatible.

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• Les registres de configuration.

  Cette partie spécifie la structure de données ( les registres ) utilisée pour décrire les fonctions supportées par les équipements connectés.

  • Une liste standard de ces registres est définie pour le démarrage de chaque équipement. Ces registres sont communs à tous les équipements compatibles Gige Vision et ils sont situés à des adresses mémoires fixes.
  • Un constructeur peut ajouter des registres de configuration personnalisés à partir d'une adresse bien définie, mais ces registres ne seront accessibles qu'une fois le démarrage de l'équipement terminé.
  • Ces spécifications sont basées sur la norme Genicam ( interface de programmation générique pour les caméras ), une interface programmable générique basée sur la technologie XML.

Advanced imaging association ( AIA ).

www.visiononline.org

Ce document bien structuré et bien illustré présente un résumé technique sur les aspects les plus importants qui concernent l'usage des caméras respectueuses du standard Gige Vision. Ces aspects sont exprimés en adoptant le point de vue de la performance du système. Après avoir succinctement présenté le procédé d'acquisition et de transfert d'images d'une caméra vers une machine hôte, le document aborde les sujets suivants :

• Les configurations systèmes parmi les plus utilisées.

  ( mono-caméra ou multi-caméras sur réseau dédié ou réseau de données à usage général )

• Le protocole du point de vue du modèle OSI.
• La taille limitée des paquets TCP/IP et l'exploitation judicieuse des trames « éléphantesques » ( Jumbo frames ).
• Les taux de transfert réseau, les temps de latence, les délais d'attente des paquets TCP et des trames d'images, dans différentes situations.
• La configuration des PC hôtes, le choix et la configuration des cartes et des commutateurs réseau, et de l'importance de la qualité du câblage.
• Les pilotes Gige Vision qui servent d'interface entre la carte réseau et le système du PC hôte.

  Ces pilotes sont chargés de filtrer, de coder et de décoder les données afin d'alléger fortement la charge du ( ou des ) processeur(s) de la machine hôte.

Leutron [ Archives ]