マシンビジョン用 インターフェース標準規格 ∼ デジタル カメラ インターフェー ス 選 択 の 手 引き ∼ www.visiononline.org www.emva.org jiia.org メンバーの支援を受けた各国・地域の標準化団体が世界のマシンビジョン規格の標準化を 推進しています。規格の標準化は業界が成長する原動力となっており、標準化団体は標準 規格の費用、維持管理、開発を支援しています。2009年には、世界3地域のそれぞれの 標準化団体が協力して世界標準の制定を始めました。この冊子の出版は、この世界的な協力 による成果の一つです。 Copyright 2013, AIA, EMVA and JIIA. All rights reserved. この冊子にあるデータは情報提供を目的としたものであり使用について保証するものではありません。 Camera Link (PoCL及びPoCL-Liteを含む)、Camera Link HS、GigE Vision、USB3 Visionは、AIAの商標です。GenICamは、EMVAの商標です。 CoaXPress、IIDC2は、JIIAの商標です。FireWireは、Apple Inc.の商標です。IEEE 1394は、The 1394 Trade Associationの商標です。 USBは、USB Implementers Forum, Inc.の商標です。その他の名称は、 それぞれの会社の商標、 あるいは商品名です。 2014年1月発行 マシンビジョンに用いられる 様々なデジタルハードウェアと ソフトウェアインターフェースの 標準規格の全体像を 見てまいりましょう。 マシンビジョンの初期の時代は、 カメラとフレームグラバとの インターフェースには、RS170やCCIRなどのアナログテレビ の標準規格が採用されていました。1990年台にはいると、 デジタル技術が広く用いられるようになり、複数の独自インター フェースソリューションが 使 用されるようになりますが 、 これはマシンビジョンのユーザにとっては混乱の環境でもあり こ の 冊 子 で は 、現 在 の ハードウェア標準規格と ソフトウェア 標 準 規 格を 概説し、それぞれのイン ターフェースの基本的な 特 徴を解 説します 。これ ました。一方、最初に登場したインターフェース標準規格は、 らのマシンビジョン標 準 コンシューマ向けにApple社によって開発されたFireWire/ 規 格に詳しくない 方や 、 IEEE1394でした。2000年にはCamera Linkが標準化され、 アナログシステムのデジ 広く市場に受け入れられました。Camera Linkは今もマシン タル化を検討されている ビジョン業界で重要な役割を果たしていますが、画像技術を 方に、特に役立つ内容と 活用するさらに広い産 業 分 野に向けて、新しいインター なっています。 フェース標準規格が現れます。ハードウェアとしては、2006年に GigE Visionが公開され、続いてCoaXPress、Camera Link HS、USB3 Visionがリリースされました。ソフトウェアでは、 デジタルインターフェースと親和性の高いGenICamとIIDC2 が現れました。 3 インターフェイス 技術入門 インターフェース標準規格は、 カメラがPCにどのように接続されるかを 定義しており、撮像技術を簡単かつ有効に 利用できるようにすることを目的としています。 画像処理システムは、多様なカメラ、 フレームグラバ、画像ライブラリな ど、 さまざまな機器により構成されています。それらは、複数のメーカに よるものが混在している場合もあります。インターフェース標準規格は、 準拠した機器間のシームレスな相互運用を保証します。 初期のアナログ規格は、単にビデオ信号を伝送する接続のみを定義 していました。カメラ制御やトリガ入力は別系統であり、ベンダ独自の 接続方式でした。デジタル標準規格により、カメラ制御と画像データ 転送は1本のケーブルで行えるようになりました。デジタル信号による 画像転送が、より高い柔軟性によりシンプルなシステム設計をもたら し、総合的なコストの低減が図れるようになりました。 画像処理ソフトウェアは、4つの基本動作、すなわち、カメラの認識と 通信の確立、カメラの設定、カメラからの画像データの取得、カメラと ホスト間の非同期イベントの処理の動作を実行します。 デジタルインターフェース規格による基本動作 認識と通信の確立 レジスタアクセス 画像データ転送 カメラ 4 イベント通知 アプリケーション これら４つの機能は、2つのソフトウェアレイヤで行われます。 第1は、 トランスポートレイヤ(TL)です。カメラの認識、低レベルでのカメラレジスタのアクセス、 カメラからの画像データの 取得、イベントの通知を扱います。 トランスポートレイヤは、ハードウェアインターフェース規格と密接に関連します。また、 インターフェースの種類により、それぞれ固有のフレームグラバ(Camera Link、Camera Link HS、CoaXPress) もしくは、バスアダプタ(Firewire、GigE Vision、USB3 Vision)が必要となります。 デジタルインターフェース規格でのソフトウェアレイヤ インターフェース 標準規格 ドライバ TLプログラミング インターフェース トランスポートレイヤ SDK カメラ プログラミング インターフェース アプリケーション 第2は、 ソフトウェア開発キット(SDK)の一部である画像取得ライブ ラリです。SDKは、単体で提供され、フレームグラバや画像処理 ライブラリに含まれていたりします。 トランスポートレイヤを使用して、 カメラの機能や画像データを取得します。 カメラ機能とそのレジスタ配置の方式には、GenICamとIIDC2 という2つの標準規格があります。それらの詳細については、本冊子 のソフトウェアの項にて説明します。 5 マシンビジョン用 ハードウェア標準規格 マシンビジョン標準規格のハードウェア構成要素には、 カメラ、コンピュータのコネクタ、ケーブル、フレーム グラバなど、接続に関する全ての仕様が含まれます。 このセクションでは、最新のハードウェア標準規格の 詳細を解説します。 Camera Link Camera Link HS CoaXPress GigE Vision USB3 Vision 加 え て 、2 つ の レ ガ シ ー インターフェース標 準 規 格 （FireWireおよび、USB 2.0） について簡素に述べます。 しかし、新しい標準規格が高い パフォーマンスを実現している ため、マシンビジョン業界では採用数 が減少してきています。 6 レガシー インターフェース標準規格 IEEE1394 USB 2.0 IEEE1394は、FireWireとも呼ばれ、Apple社の開発した技術をベースとして U S B 2 . 0は、市 場で最も一般 的 1987年に登場したインターフェースです。IEEE1394には、IEEE1394aと なインターフェースの一つです。 IEEE1394bの2タイプがあり、マシンビジョン業界では、IIDCプロトコルによって ほとんどのP Cに実 装されおり、 カメラ内部のレジスタ配置が規定されています。最新のIEEE1394-IIDCは マシンビジョン業界では、基本的 Version1.32であり、1つのバスあたり最大63台のマルチカメラの動作も可能 な伝 送 手 段として現 在も多くの としています。 カメラがUSB2.0を使用しています。 伝送速度 IEEE1394a: 400 Mbps（6ピンコネクタ） しかし、このU S B 2 . 0は、マシン ビジョン標準規格ではなく、ベンダ 間での相互運用性が問題となり、 IEEE1394b: 800 Mbps（9ピンコネクタ： IEEE1394-2008では3.2Gbpsまで 次 第 に 使 用 数 が 減 少してきて 定義されているが、一部で1.6Gbpsが使用される以外は、800Mbpsが一般的） います。 受信デバイス PC 直接 ケーブル 通常はIEEE1394銅線 (STP)、IEEE 1394bにおいては光ファイバケーブル (HPCF, GOF, POF)や、UTPケーブルも使用可能 コネクタ IEEE1394aではラッチタイプ、IEEE1349bではスクリュータイプの固定 方式を採用 7 HDR 14ピン コネクタ (PoCL-Lite) SDR, HDR 26ピン コネクタ (ミニカメラリンク） カメラリンクは、2000年に規格化されました。カメラとフレーム グラバ間の送受信信号を規定した、信頼性の高い、広く使用され ている規格で、画像データ伝送、 カメラタイミング、 シリアル通信、 リアルタイムトリガを定義しています。カメラリンクは、パケット 通信ではなく、カメラとフレームグラバ間の接続を定義した、 MDR 26ピン コネクタ 最もシンプルなインターフェース規格です。最新のバージョン は2 . 0となっています。最 新 版は、 ミニカメラリンクコネクタ、 PoCL、PoCL-Lite、 ケーブルの性能仕様が追加されています。 伝送速度 リアルタイム高 速 伝 送 用として 、ケーブ ル 1 本 で カメラ1台 255Mbytes/s、2本で850Mbytes/sの画像データを カメラリンク(Base) ケーブル1本 2Gbpsの画像データ転送、 カメラ制御、通信 遅延なく伝送 受信デバイス フレームグラバ ケーブル カメラリンク(Medium, full) ケーブル2本 最大6.8Gbpsの画像データ転送、 カメラ制御、通信 標準のPCと１枚の フレームグラバ 専用ケーブル；カメラとフレームグラバは同一ケーブル を使用した状態で簡単に交換可能； 最大長は、 カメラクロック速度に依存するが、およそ7 から15ｍ； 機器の小型化が要求さる場合、 ミニカメラリンクも選択可能 コネクタ Base接続のカメラ2台 1枚の フレームグラバが 2つのBase接続を 提供 カメラ１: 2Gbpsの画像データ転送、 カメラ制御、通信 26ピンのMDR； SDR,HDR (Mini Camera Link)； 14ピンのHDR (PoCL-Lite) カメラ給電 P o C L 対 応であれば、カメラリンクケーブル経由で フレームグラバからカメラに給電が可能 カメラ２: 2Gbpsの画像データ転送、 カメラ制御、通信 その他の特徴 オプションとして、GenICamに対応すれは、プラグ アンドプレイが可能； カメラ一台に対して、ケーブル2本使用可能 8 DIGITAL HARDWARE STANDARD SPECIFICATIONS | CAMERA LINK 規格名 Camera Link 初版リリース 2000年10月 最新バージョン 2.0（2012年2月） 規格化ホスト協会 AIA 規格書 website www.visiononline.org/cameralink 標準ソフトウェア 必須 なし オプション GenICam (CLProtocol) 構成 出力構成 画像データ信頼性 カメラ制御 ケーブル数 Lite 100 Mbytes/s 1 Base 255 Mbytes/s 1 Medium 510 Mbytes/s 2 Full 680 Mbytes/s 2 80-bit 850 Mbytes/s 2 再送機能 なし 誤り検出機能 なし Uplink 非同期シリアル通信 Downlink 非同期シリアル通信 外部トリガ ４本のフレームグラバからの直接信号 データ受信デバイス フレームグラバ 接続形態 1対1 種類 ケーブル 画像データ転送速度 最大長 (Typical @ 85 MHz) 給電能力 Lite 10m 4W Base 10m 4 W (オプション) Medium 10m 8 W (オプション) Full/80-bit 7m 8 W (オプション) マシンビジョン市場において一定の地位を確立 その他の特徴 ３種のコネクタタイプ 1対1接続による最少レイテンシの画像データ転送 ロードマップ 次バージョン 2.1 目標時期 未定 主要機能 修正などのメンテナンス Camera Link on FPGA 9 SFPまたは、 SFP+ Camera Link HSは、2012年5月にリリースされ、既存のケーブル SFF-8470 コネクタ (InfiniBand または、CX4) を使用して、 カメラリンク規格のケーブル長や、伝送帯域を改善 したものとなっています。特 徴としては、ビットエラーフリーの プロトコル、16系統の双方向GPIO、並列処理システム、 フレーム 単 位でのカメラ制 御などがあります。Camera Link HSは、 光ファイバ ケーブル Mプロトコルによる1レーンあたり3 . 1 2 5 G b p s の 伝 送と、 Xプロトコルによる1レーンあたり10.3Gbpsの伝送を使用します。 相互接続の問題、開発リスクを低減させるため、非暗号化の VHDL-IPが用意されています。Camera Link HSはパケット通 信を使用しており、I Pを使用した場 合 、 トリガは、 ジッタ6.4ns遅延時間150nsを実現しています。GPIO信号も、遅延時間、ジッタ共に300ns程度となっています。 伝送速度 Mプロトコル、 銅線使用の複数台のカメラ、 GPIO* GPIO フレームグラバ、 Dual C2 7M1 16 16 4M 300fps, C2 4M1 15m銅線、 4レーン、 1200Mbytes/s 並列処理のためにはケーブル8本まで同時接続が可能; ケーブル1本当たりの実効帯域は、300Mbytes/s （F1),1200Mbytes/s（F2), 2100Mbytes/s （C2； 銅線） GPIO* 受信デバイス GPIO* フレームグラバ 8K TriLiniar 85Khz, C2 7M1 ケーブル 15m銅線、 7レーン、 2100Mbytes/s C2ケーブルで最長15ｍ； *GPIOの遅延は、約300ns+ケーブル遅延 光ファイバで最長300ｍ； ダイレクトアタッチで最長10m Xプロトコル、 光ファイバ使用の並列処理 16 GPIO* 16 12M 330fps, Quad F2 1X1 *GPIOの遅延は、約 300ns+ケーブル遅延 **ダイレクトアタッチ 10m銅線も可 コネクタ 銅線ケーブル：(InfiniBand用またはCX4)； 光ファイバケーブル(SFPまたはSFP+コネクタ) 300m光ファイバ、 1200Mbytes/s PC1 （各ケーブル） マスタフレームグラバ, Dual F2 1X1 カメラ給電 規定なし （C2ケーブルは技術的に可能） PC2 スレーブフレーム グラバ, Dual F2 1X1 その他の特徴 FPGA内蔵のSerdesへの直接接続が可能 並列処理 10 DIGITAL HARDWARE STANDARD SPECIFICATIONS | CAMERA LINK HS 規格名 Camera Link HS 初版リリース 2012年5月 最新バージョン 1.0 (2012年5月) 規格化ホスト協会 AIA 規格書 website www.visiononline.org/cameralinkhs 標準ソフトウェア 必須 GenICam (GenAPI, SFNC, GenCP) オプション GenICam (GenTL) 構成 出力構成 画像データ信頼性 カメラ制御 2100 Mbytes/s 1 C2-8本 16800 Mbytes/s 8 F1(SFP) 300 Mbytes/s 1 F1-8本 2400 Mbytes/s 8 F2(SFP+ ) 1200 Mbytes/s 1 F2-8本 9600 Mbytes/s 8 再送機能 あり （μsecの固定遅延） 誤り訂正機能 あり Uplink 300 Mbytes/s (C2,F1) / 1200 Mbytes/s (F2) Downlink 画像データと共用 外部トリガ カメラへの直接接続、ソフトウェアトリガ フレームグラバ 接続形態 1対1, データ分割 データ受信機器 その他の特徴 ケーブル数 C2(CX4) データ受信デバイス ケーブル 画像データ転送速度 同時並列処理では、複数のPC/FGを同期運転 データ受信機器 給電能力 C2 (銅線) 15m なし F1/F2（ダイレクトアタッチ） 10m なし F1/F2 (マルチモードファイバ) 500m なし F1/F2 (シングルモードファイバ) 5000m なし IPコアをAIAが提供する カメラからの高速トリガメッセージ転送 通信業界で多量に使用する部品を利用 16本の低レイテンシ双方向のGPIO 次バージョン 2.0 目標時期 2014年第３四半期 ロードマップ C2の高速化（3.125Gbpsから5または6Gbpsへ） 主要機能 CX4−光変換アダプタ マルチウインドウモード 11 Multiway DIN コネクタ ® CoaXPress(CXP)は2010年12月にリリースされました。こ の規格は、カメラとフレームグラバを高速かつ、長いケーブル 長での接続を可能にするインターフェースです。1本の同軸ケー ブルというシンプルな形態で、カメラからフレームグラバへの BNC コネクタ 6.25Gbpsのデータ転送、 トリガ信号などフレームググラバ からカメラへの20.8Mbpsの制御信号、13Wの電源供給を 実現しています。より高速のデータ転送が必要とされる場合、 DIN 1.0/2.3 コネクタ リンクアグリゲーションにより、2本以上のケーブルでデータを 分散して転送することができます。Ver1.1ではDIN1.0/2.3 コネクタも使用できます。 伝送速度 カメラ1台 高速トリガを必要とするラインスキャンカメラを含め、 リアルタイムトリガをサポート； 標準の20.8Mbpsのuplinkでは3.4μ秒、オプション の高速uplinkでは、通常150n秒の遅延で動作； 6リンクを1つのコネクタに集約することにより、3.6Gbytes/s の転送が可能となり、市場に存在する最高速のカメラに 対して、十分な余力をもって対応することが可能 例：35m、3600Mbytes/s 受信デバイス 標準PCとフレームグラバ 1本のケーブルで画像データ転送、カメラ制御、電源供給を行う フレームグラバ ケーブル リンク速度1.25Gbp(CXP-1)において100ｍ以上の ケーブル長； 3.125Gbps(CXP-3)にて最高85ｍ； カメラ複数台、フレームグラバ1枚 最高速の6.25Gbps(CXP-6)においも6ｍｍ径の ケーブルで35ｍが可能； 例：105m、120Mbytes/s より太いケーブルにて、 より長いケーブル長が可能 例：35m、600Mbytes/s コネクタ 広く使われているBNCコネクタとより小型のDIN1.0/ 2.3コネクタ； DINコネクタは多リンクをまとめたコネクタでの使用も可能 カメラ給電 対応 その他の特徴 標準PCとフレームグラバ 12 GenAPI、SFNC及GenTL(イメージストリームを含む） を 含んだGenICamのサポート； IIDC2はオプションサポート DIGITAL HARDWARE STANDARD SPECIFICATIONS | COAXPRESS 規格名 CoaXPress 初版リリース 2010年12月 最新バージョン 1.1 (2013年2月) ® 規格化ホスト協会 JIIA 規格書 website www.coaxpress.com 標準ソフトウェア 必須 GenICam (GenAPI, GenTL, SFNC) オプション IIDC2 構成 出力構成 画像データ信頼性 カメラ制御 画像データ転送速度 CXP-1 120 Mbytes/s 1 CXP-3 300 Mbytes/s 1 CXP-6 600 Mbytes/s 1 4x CXP-6 2400 Mbytes/s 4(又は複合ケーブル) 6x CXP-6 3600 Mbytes/s 6(又は複合ケーブル) エラー検出のみ CRC32を使用 Uplink 標準：20.8 Mbps オプション：6.25 Gbps（専用同軸線） Downlink 画像データ共用 外部トリガ フレームグラバ経由、カメラへの直接接続 データ受信デバイス フレームグラバ 接続形態 1対1 リピータ使用による複数台受信可能 種類 ケーブル 注）ここでの値は直径6mmでの場合であり、より 太いケーブルを使用することで最大長を延ばす ことができる。 その他の特徴 ケーブル数 最大長 給電能力 CXP-1 105m 13W CXP-3 85m 13W CXP-6 35m 13W 4x CXP-6 35m 52W 6x CXP-6 35m 78W 1本の同軸による、制御、画像データ、 トリガ入力 カメラからの高速トリガメッセージ転送 次バージョン 2.0 目標時期 2014年第３四半期 高速化（ 10 / 12 Gbps） ロードマップ 主要機能 高速カメラに対する複数フレームグラバ対応 エラー訂正 GenICam イベント対応 13 銅線 イーサーネットケーブル GigEVisionはイーサネット通信規格(IEEE802.3)を用いた ロック付き銅線 イーサーネット ケーブルコネクタ 広範囲に対応するカメラインタフェース規格です。2006年5月 にリリースされ、2010年にはversion 1.2に、2011年にはversion2.0 に改定されました。複数ストリームチャネルをサポートし、標準 のイーサネットケーブルを用いて非 常に長い距 離を高 速で 10Gbit イーサーネット ダイレクト アタッチケーブル エラー無しでの画像データ転送を可能にしています。異なる イーサーネット 光ファイバ ケーブル メーカのハードウェアとソフトウェアが様々なデータレートで イーサネット接 続を通してシームレスに相 互 運用することが できるようになります。IEEE1588のような他の規格を用いて、 正確なトリガリングを行うこともできます。 伝送速度 カメラ1台 現時点では1および2Gbps(2本のケーブルを使用) でのシステムが可能； 10Gbpsと無線システムへの対応も検討中 100m銅線 受信デバイス PC直接； フレームグラバは多くの場合不要 ケーブル イーサネット経由または外部からの電源供給による、 ラインスキャンカメラもしくはエリアカメラ 10Gbpsまでのデータ伝送速度 フレームグラバ不要 カメラ１台に対して100m（ 銅 線 ）または 5,000m （光ファイバ） まで可能 コネクタ カメラ複数台 銅線イーサネット； IEEE1588による 共通タイムスタンプと トリガリング 5000m ファイバ ケーブルとカメラの台 数にもよるが、ケーブル長は 5000m ファイバ スリュー固定付き銅線イーサネット； 10ギガビットイーサネットダイレクトアタッチ； イーサネット光ファイバケーブル 100mダイレクト アタッチ カメラ給電 55m Cat-7 イーサネットケーブル（POE）経由または外部から給電 が可能 その他の特徴 マルチカメラが可能; カメラはイーサネット経由または外部からの電源供給 トータルでの10Gbpsまでのデータレート （10Gbpsのリンク） 14 各カメラはそれぞれのIPアドレスを持つため、同一ネット ワーク内で動作するカメラの数に制限はない DIGITAL HARDWARE STANDARD SPECIFICATIONS | GIGE VISION 規格名 GigE Vision 初版リリース 2006年5月 最新バージョン 2.0 (2011年11月) 規格化ホスト協会 AIA 規格書 website www.visiononline.org/gigevision 標準ソフトウェア 必須 GenICam (GenAPI, SFNC) オプション GenICam (GenTL) 構成 1 GigE 出力構成 画像データ信頼性 カメラ制御 画像データ転送速度 ケーブル数 115 Mbytes/s 1 2 x 1 GigE 230 Mbytes/s (リンクアグリゲーション) 2 10 GigE 1100 Mbytes/s 1 WiFi 25 Mbytes/s なし 再送機能 CRC, 受信側からのパケット再送コマンドの発行（オプション） Uplink Downlinkに相対 Downlink 画像データ共用 外部トリガ カメラへの直接接続、ソフトウェアトリガ、 IEEE1588による高精度同期（オプション） データ受信デバイス ネットワーク・インターフェースカード (NIC) をマザーボードに搭載あるいはアドインのカード として挿入可能。GigE Vision フレームグラバを使うことも可能。 接続形態 1対1、1対多 ネットワークカードに直接接続あるいはイーサネットスイッチ経由 での接続が可能。マルチキャストとブロードキャストをサポート 種類 CAT-5e/CAT-6a/ CAT-7 ケーブル その他の特徴 ロードマップ 最大長 給電能力 100m 13W (IEEE802.3af)（オプション） 25W (IEEE802.3at)（オプション） 2 x CAT-5e/ CAT-6a/CAT-7 100m (リンクアグリゲーション) 26W (IEEE802.3af)（オプション） 50W (IEEE802.3at)（オプション） マルチモードファイバ 500m なし シングルモードファイバ 5000m なし SFPダイレクトアタッチ 10m なし ネットワーク機能、イーサネットスイッチと互換 GenICam メタデータ イベント生成 複数データフォーマット対応:非圧縮, JPEG, JPEG 2000, H.264 など アクションコマンド:複数デバイスに同時にトリガ 次バージョン 2.1 目標時期 2014年末 主要機能 メカニカル仕様 テスト性向上 新しいピクセルフォーマット ３Dデータサポート 15 ホスト側ロック付き Standard A USB3 Visionは、2011年後半に起案され、2013年1月にVersion1.0 がリリースされた新しい規格です。USBは、プラグアンドプレイや高い 機能性などで、広く一般に知られていましたが、マシンビジョン業界では、 デバイス側 ロック付き それまで一般的ではありませんでした。 しかし、マシンビジョンの種々の micro B ニーズに適合させるために、多くの企業による専門知識を結集し、規格化 作業を行いました。この規格化により、 ごく普通のUSBホストやほとんど のOSで、カメラからの画像データのユーザバッファへの転送において、 DMAを利用した直接転送を実現することができました。GenICam規格によるカメラ制御の導入により、エンドユーザが、USB3 Visionを既存システムに容易に実装できるようになりました。USBの規格化団体であるUSB-IFによる伝送速度の向上や機能 追加といったUSB規格の改良 （2倍の伝送速度を持つUSB3.1は既にリリースされています） に伴って、USB3 Visionの改良も 期待されています。 伝送速度 USB3.0規格に則った400 Mbytes/s 以上のデータ カメラ1台 転送の信頼性； 最近規格化されたUSB3.1はこの2倍以上だが未対応 受信デバイス PC直接; ほとんどのPC、組み込みシステムにUSBが実装されて おり、 フレームグラバなどの追加インターフェースカード カメラは1本のケーブルでPC/ノートPCのUSB3.0 のポートに接続、PCよりの電源供給、 400Mbytes/sまでのデータレート フレームグラバ不要 は多くの場合不要 ケーブル長 標準パッシブ銅線3-5m; アクティブ銅線 8+m; マルチモード光ファイバ100m カメラ複数台 コネクタ ハブ経由でのカメラ接続、 帯域幅の共有 USB3 Vision タイプ: ホスト側：ロック付き standard A； デバイス側：ロック付きmicro-B USB3.0 ハブ 電源供給 カメラの直接接続、 フレームグラバ不要 標準パッシブケーブル：最大4.5 W (5 V, 900mA)； アクティブケーブル：場合により変動； マルチモード光ファイバ：なし USB3.0ポートを 複数持つ標準PC その他の特徴 フレームグラバに近い画像データ転送性能 16 DIGITAL HARDWARE STANDARD SPECIFICATIONS | USB3 VISION 規格名 USB3 Vision 初版リリース 2013/01 最新バージョン 1.0 (2013/01) 規格化ホスト協会 AIA 規格書 website www.visiononline.org/usb3vision 必須 GenICam (GenAPI, SFNC, GenCP) オプション GenICam (GenTL), IIDC2 標準ソフトウェア 構成 画像データ転送速度 ケーブル数 出力構成 画像データ信頼性 カメラ制御 USB 3.0 SuperSpeed 5Gbps 400 Mbytes/s 自動再転送 (USB bulk 転送) USB3.0のハードウェアに実装 Uplink Downlinkに相対 Downlink 画像データ共用 外部トリガ カメラへの直接接続、ソフトウェアトリガ データ受信デバイス PC直接、アドインカード 接続形態 1対1、1対多 1 ハブを使用したスター構成 １つのバスに最大127デバイス 種類 最大長 給電能力 標準パッシブ銅線 3∼5m 4.5W アクティブ銅線 8+m 変動 マルチモード光ファイバ 100m (typ) なし ケーブル その他の特徴 マシンビジョンタイプコネクタ (スクリューロック：ホスト側、デバイス側) フレームグラバに近い画像データ転送性能 プラグアンドプレイ 800 Mbytes/s のUSB3.1に対して、プロトコル、コネクタについては対応可能 次バージョン 1.1 目標時期 未定 主要機能 検討中 高フレームレート転送対応 有効な非同期イベント通知 複数画像データ転送 マルチカメラ同期 外部電源供給 ロードマップ 17 ハードウェアインターフェース標準規格比較表 規格名 IEEE1394 + IIDC Camera Link Camera Link HS 1996年8月 (IIDC) 2000年10月 2012年5月 version 1.32 (IIDC) version 2.0 version 1.0 2008年7月 (IIDC) 2012年2月 2012年5月 デージーチェイン 1対1 1対1、データ分割 パケット パラレル パケット 画像データ信頼性 エラー検出のみ なし 再送機能/誤り訂正機能 標準ソフトウェア 必須: IIDC オプション: GenICam CLProtocol 初版発行時期 最新バージョン 最新バージョン発行時期 接続形態 データ伝送形式 認証 自己認証 出力構成 必須: GenICam GenAPI, GenCP, SFNC オプション: GenICam GenTL 登録制、自己認証 登録制、認証試験 IEEE1394a (S400) IEEE1394b (S800) IEEE1394b (S1600) BASE MEDIUM/ FULL 80-bit C2 F2 8xF2 (分割) 画像データ転送速度 : 100 Mbytes/s : 200 Mbytes/s : 500 Mbytes/s : 1000 Mbytes/s : > 1000 Mbytes/s 制御系統 画像データ共有 独立シリアル IEEE1394 Camera Link CX4 ファイバ 給電機能 必須 オプション 給電容量 最大45W (PCに依存) ケーブル形態 独立uplink, 画像データ共用 ケーブル長 (パッシブ)cable) : 10 m : 20 m : 50 m : 120 m : > 120 m フレームグラバの必要性 外部トリガ入力 4W 8W なし 8W ー 不要 必要 必要 カメラへの ハードウェアトリガ カメラへの直接接続、 フレームグラバから カメラへの直接接続、 フレームグラバから ー トリガレイテンシフレーム グラバからカメラ(リンクの レイテンシ、プロトコルのオ ーバヘッドのみ) : 100us : 10us : : 1us 100ns : < 100ns 18 CoaXPress GigE Vision USB3 Vision 2010年12月 2006年5月 2013年1月 version 1.1 version 2.0 version 1.0 2013年2月 2011年11月 22013年1月 1対1 1対1、ネットワーク 1対1、階層状スター パケット パケット パケット エラー検出のみ 再送機能 再送機能 必須: GenICam GenAPI, GenTL, SFNC 必須: GenICam GenAPI, SFNC 必須: GenICam GenAPI, GenCP, SFNC オプション: IIDC2 オプション: GenICam GenTL オプション: GenICam GenTL, IIDC2 登録制、電気適合試験、 プロトコル試験、プラグフェスト 登録制、認証試験、プラグフェスト 登録制、電気適合試験、 プロトコル試験、プラグフェスト CXP3 CXP6 4+1 CXP6 (LAG) 1 GigE 2x1GigE (LAG) 10 GigE SuperSpeed (5 Gbps) 独立uplink, 画像データ共用 同軸線 CAT-5e, ファイバ 必須 13W 全二重、画像データ共用 CAT-6a, ファイバ (CAT-5e/6a) (ファイバ) オプション 52W 13W (IEEE802.3af), 25W (IEEE802.3at) 全二重、画像データ共用 SuperSpeed USB (銅線) (ファイバアダプタ) 必須 4.5W 必要 不要 不要 カメラへの直接接続、 フレームグラバから カメラへの直接接続 カメラへの直接接続 ー ー 19 マシンビジョン用 ソフトウェア標準規格 ソフトウェア標準規格は、マシンビジョンシステム 機 器 の 相 互 運 用 性を確 保 するという点 に おいて、ハードウェア標準規格と同様に 重要です。 インターフェースのソフトウェアは、 トランスポート レイヤ(TL)、ソフトウェア開発ツール(SDK) の 一 部 であるライブラリによって 構 成さ れます 。S D Kは、単 体で提 供されたり、 フレームグラバやサードパーティによる画像 処理ライブラリに含まれていたりします。 トランスポートレイヤは 、規 格 化され た、あるいは独自のトランスポートレイ ヤプログラムインターフェースを持ち、 カメラとホスト間の基 本 的なデータ転 送を行います。カメラの機 能と、それら のカメラでの低レベルでのレジスタ配置 を標 準 化することが、SDKライブラリの 役 割となります。この 標 準 化プロトコルに は、GenICamとIIDC2の2つの方式があり ます。 GenICamでは、規格書にカメラ機能が列挙され ていますが、そのレジスタ配置は実装に依存していま す。カメラ機能がどのようなレジスタ配置になっているか は、決められた書式によってカメラ記述ファイルに記述されま す。SDKライブラリは、カメラから記述ファイルを読み出し、解釈す ることでそのレジスタ配置を知ることができます。 一方、IIDC2では、規格書にカメラの機能と実装の詳細が固定レジスタ配置として定義 されています。そのため、SDKライブラリは通常、 カメラ機能とレジスタ配置の関係がハードコーディングされています。 ハードウェアインターフェース標準規格は、 カメラがいかなるドライバやフレームグラバとも接続できることを保証します。 ソフトウェア標準規格のプログラミングインターフェースは、異なるライブラリでも、あるいは独自開発の場合であっても 使えることを保証します。開発者は、 カメラ、 ドライバ、あるいはインターフェースを交換する場合でさえ、それらが標準規格に 則っていれば、大きな変更を必要とせず相互に交換することができます。 20 GenICam (Generic Interface for Cameras）は全てのカメラ、いかなるインター フェース技術、あるいは、どのような機能が実装されていても、汎用的なプログラミング インターフェースを提供します。GenICamは、産業界全体で使用される同じアプリケーション プログラミングインターフェース（API)を持つことを目指しています。 GenICam方式 カメラ XML 実装 画像データ レジスタアクセス ドライバ GenTL インターフェース SDK (オプション） アプリケーション カメラ記述ファイル GenICam規格は次のようなモジュールで構成されています。 GenTL (Generic Transport Layer)は、 トランスポートレイヤプログラミングインターフェースを規定します。 カメラの認識、カメラレジスタのアクセス、画像データの転送、非同期イベントの通知を可能にします。GenTLは、 低レベルのインターフェースなので、エンドユーザは通常、直接GenTLを使用する代わりにSDKを使用します。GenTL の主な目的は、異なるベンダによるドライバとSDKのシームレスな動作を保証することです。 GenApi (Generic Application Programming Interface)は、 カメラ記述ファイルの書式を規定します。 このファイルはカメラ（標準およびベンダ固有）の実装に伴う機能をすべて列挙し、各カメラレジスタの配置を定義 します。この記述は、XMLフォーマットを使用し、テキストで記述されているので、容易に解釈できます。一般的にこの ファイルはカメラに格納され、 カメラがシステムに最初に接続された時、SDKによって読み出されます。 SFNC (Standard Feature Naming Convention)は、 カメラ記述ファイルに記述する機能名、 レジスタの型、 機能、使い方を規定します。これは、異なるベンダのカメラであっても、同じ機能は同じ機能名で制御できることを保証 します。 GenCP (Generic Control Protocol)は、 カメラ制御のパケット構造を規定し、制御系のソフトウェアの再利用性を 確保するために使用されます。 GenICam委員会メンバーは、 カメラの記述ファイルを解析するパーサーサンプルコードを維持管理しています。実行コード はC++で書かれており、無償で使用することができます。一連のOSやコンパイラで幅広く相互利用可能です。利用可能な SDKの多くは、 このサンプルコードを利用して実装されており、それゆえ、高い相互運用性が保証されています。 21 IIDC2規格は、カメラコントロールレジスタ配置を定義します。IEEE1394カメラにおける IIDCの後継規格でもあります。露光時間制御などの各機能の詳細が定義され、制御レジスタが、 半固定方式にてレジスタ空間に配置されています。IIDC2は、非常にシンプルなカメラ制御 方式を提供します。 カメラ IIDC2方式 実装 画像データ ドライバ SDK レジスタアクセス アプリケーション IIDC2の概念： 容易な実装と使い易さ カメラコントロールレジスタのアクセス性 ベンダ固有機能への拡張性 全てのカメラに対する共通の制御方式 多種インターフェースへの対応（IEEE1394, USB3 Vision, CoaXPress, 将来のインターフェース） GenICamとの親和性 IIDC2規格は、カメラ内部のレジスタを直接読み書きすることでカメラをコントロールするという簡便な方式を使用 しています。全てのカメラの機能に関する情報はカメラ内部にあるため、ユーザはこれらのレジスタを読むことにより、 カメラの機能に関する全ての情報を得ることができます。 レジスタの配 置は、半 固 定 方 式によって行われています。アクセス性を実 現する固 定 方 式と、拡 張 性を実 現する 非固定方式の組み合わせです。カメラの機能は基本機能と拡張機能に分類されています。基本機能は、 レジスタ配置 と機能が規格書で規定されています。一方、拡張機能は、ベンダが任意に追加することができるもので、 レジスタ配置を 規格書にあるリストから選択し、その機能についてはベンダ独自のものとすることができます。 IIDC2レジスタをGenICamとセットで使用する場合、カメラ記述ファイルは全てのカメラに対して共通となります。 これは、IIDC2レジスタ配置が規格書で規定されているためです。 22 ソフトウェア標準規格比較表 GenICam IIDC2 2006年9月 2012年1月 2.4（2014年1月） 1.0.0 (2012年1月) EMVA JIIA www.genicam.org www.jiia.org GenTLモジュールによる対応 対応なし カメラ検出 あり ー カメラレジスタアクセス あり ー ビデオデータ あり ー 非同期イベント通知 あり ー CXP ー オプション 1394, CL, CLHS, GEV, U3V ー カメラプログラミングインターフェース 対応 (GenApi + SFNCモジュール) 対応 カメラ記述ファイル 規定されたレジスタ構成 規格化された機能数 460 54 カスタム機能対応 あり あり イベント通知 あり ー チャンクデータ操作 あり ー CXP, CLHS, GEV, U3V ー 1394, CL 1394, CXP, U3V あり (GenApi module) なし 使用料 無償 ー 実行コード あり ー プログラミング言語 C++ ー Windows (32/64), Linux (32/64/ARM), Mac OS X ー Visual Studio, GCC ー 3.0 1.1.0 目標時期 2014年第3四半期 2014年第2四半期 主要機能 実行速度の改善、 メモリ使用量の削減 イメージフォーマット、 トリガ制御の改善 基本データ 初版リリース 最新バージョン 規格化ホスト協会 規格書website トランスポートレイヤプログラミングインターフェース 対応ハードウェアインターフェース標準規格 必須 規定方法 対応ハードウェアインターフェース標準規格 必須 オプション リファレンスコード サポートOS サポートコンパイラ ロードマップ 次バージョン 23 www.visiononline.org www.emva.org jiia.org
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