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Année : 2010-2011 CALLEWAERT Axel et ELIE Emerson

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CALLEWAERT Axel et ELIE Emerson

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Introduction

Partie 1

La norme Gige Vision

I. Description de la norme Gige Vision ……………………..Page 4

II. Fonctionnement de la norme Gige Vision…………………Page 5

III. Comparaison avec d’autres normes ……………………….Page 8

Partie 2

La norme Genicam

I. Description de la norme Genicam ………………………...Page 11

II. Fonctionnement de la norme………………………………Page 11

III. Avantages de la norme Genicam ………………………….Page 12

Conclusion

Bibliographie

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INTRODUCTION

De nos jours, la qualité est de plus en plus recherchée lors de la fabrication d’un produit.

En effet, pour satisfaire le client et améliorer la productivité les entreprises doivent livrer des

produits fiables. Et pour cela, elles font appellent à de systèmes de contrôles très avancés au

point de vue technologiques. Nous pouvons citer par exemple la vision industrielle. Ce

système utilise le traitement des images prises par une ou des cameras spécifiques afin de

déterminer si un article produit est bon ou mauvais.

Dans le domaine de la vision, il existe plusieurs types d'interfaces de vision qui sont différents

moyens de gérer la liaison entre la caméra et l'interface utilisateur. Celles-ci se distinguent par

leurs différentes capacités de transmission, de rapidités, de coût et de distance entre l'interface

et la caméra.

Le choix des interfaces de Vision se fait par rapport à différents critères, suivant les capacités

disponibles et les besoins. Il y à quatre grand critère :

La configuration de l’ordinateur (le CPU), Une configuration assez puissante pour

avoir une fluidité qui permet un traitement optimal des données.

La bande passante, qui reste très important pour avoir un débit de données qui

corresponde au besoin au niveau de la rapidité de traitement, afin de pouvoir

transmettre toutes les images souhaiter sans avoir de pertes.

La longueur du câble qui relie la caméra et le système de traitement (Certaines

interface permettent l’alimentation de la caméra).

Le budget, car chaque interface à un coup différent

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I. La Norme Gige Vision

1. Définition de GIGE Vision (Gigabit-Ethernet for Machine Vision)

a. Historique

Le gigabit Ethernet (GbE ou 1 Gige) est un terme décrivant des technologies diverses

pour transmettre des cadres d'Ethernet à un taux d'un gigabit par seconde, comme

défini par l'IEEE 802.3z et 802.3ab.

Il faut savoir que cette norme n’est pas la première, en effet d’autres l’ont précédée.

Le Gigabit Ethernet est apparu officiellement lors du salon d'Atlanta en septembre

1996. L'édition 97 de Networld a mis le Gigabit Ethernet en avant. En novembre

1995, un groupe de travail a été créé (IEEE). L’objectif porte sur les réseaux haute

vitesse. Ce groupe avait en charge l'étude d'un réseau Ethernet dont la bande passante

serait de l'ordre du Gigabit. En mars 1996 le projet est validé. Les premières

spécifications, dans la perspective d'une normalisation, ont été soumises par une

alliance des constructeurs, créée en mai 1996. Malgré l'enthousiasme des

constructeurs, la sortie du standard Gigabit Ethernet ne sortira que le premier semestre

1998.

b. La norme Gige Vision aujourd’hui

Cette technologie est utilisée en vision industrielle pour transmettre les images depuis

les caméras jusqu'au système de traitement. Il s'agit d'un bus Ethernet d'un débit de

1000 Mbits/sec.

Le Gige Vision est, en théorie, une option fortement attrayante comme norme de canal

pour mettre en application des systèmes de vision par ordinateur. Elle offre des

caractéristiques élevées pour le débit et la longueur d'interconnexion, promet

l'interopérabilité entre les fournisseurs, est basée sur une technologie familière et

traditionnelle avec tous les avantages d'économies d'échelle et l'ubiquité du

développement.

Outre l'avantage évident, quant aux longueurs de câblage possibles, Gige Vision offre

une sécurité de données qu'aucun autre protocole ne peut garantir. L'avenir de Gige

Vision est également conforté par la mise à disposition du grand public des liaisons

10GigE.

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2. Fonctionnement de Gige Vision

a. Dans la théorie

En traitement d'images, la rapidité et la fiabilité du transfert de données entre la caméra et

l'ordinateur ont une importance capitale. De plus, les données du contrôle de la caméra et des

images sont véhiculées par la même connexion. Concrètement, des chaînes de données sont

transmises de l'ordinateur à la caméra (et vice-versa). Une chaîne de données est composée de

plusieurs en-têtes imbriquées les uns aux autres, ainsi que d'une charge utile (payload). En

recomposant un grand nombre de chaînes, l'ordinateur va reconstituer une image. Gige Vision

permet un transfert de données efficaces.

Le Giga Ethernet utilise le même format que la trame Ethernet et 802.3. Il conserve une taille

minimale de paquets de 64 octets et le contrôle de flux défini en 802.3.

Son rapport débit réel/ débit théorique, semble être inférieur à celui de l'Ethernet classique,

qui lui est de 30 %. Ce rapport est toutefois lié à la taille des trames circulant sur le réseau.

Dans le pire des cas où toutes les trames ont une longueur inférieure à 64 octets, le débit réel

serait de l'ordre de 120 Mbps soit 12% de la bande totale et un peu mieux que le 100Mbps.

Ces faibles performances sont liées à une extension. Cependant, le contexte d'augmentation

constante des besoins en bande passante et donc de la taille des trames, permet au Gigabit

d'offrir des débits réels de 400 à 500 Mbps avec les trames moyennes des applications

actuelles.

Le Giga Ethernet conserve dans le cas du Half Duplex (les deux terminaux communiquent

chacun leur tour (envoie info... puis réponse)) la méthode d'accès de son aïeul : le

CSMA/CD. En effet, en Full Duplex (les deux terminaux s'échangent des infos en même

temps (les infos circulent dans les deux sens en même temps)), les stations transmettent et

reçoivent les données sur des paires différentes, donc ni collision ni méthode d'accès. Les

opposants au Gigabit sur Ethernet critiquent le maintien du CSMA/CD en précisant que le

fait qu'il ne soit pas déterministe le rend peu approprié aux hauts débits. Selon eux, " les

essoufflements déjà apparus pour le 100 Mb/s ne feront qu'empirer".

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b. Dans la pratique

Un des principaux intérêts du Giga Ethernet, est sa simplicité de mise en œuvre. En effet,

le Giga Ethernet est en parfaite compatibilité avec les 70 Millions de nœuds Ethernet

présents dans le monde. Hormis de part et d'autre du lien Gigabit, aucun nouveau dispositif

n'est à déployer.

L'upgrade peut se faire en conservant le même câblage, les mêmes systèmes d'exploitation,

les mêmes protocoles, les mêmes applications et par conséquent les mêmes outils et

stratégies d'Administration du réseau.

Les premières applications du Gigabit sont destinées aux réseaux demandant une

augmentation de bande passante entre routeurs, switches, hubs, répéteurs ou serveurs. Pour

l'instant, il n'est pas prévu de le déployer jusqu'aux stations.

Communication de Gige

Dans le cas le plus simple, la technologie Gige Vision peut être utilisée pour convoyer

des images d'une caméra vers un ordinateur, à des fins d'affichage. Dans la pratique,

les composants Gige Vision ouvrent des possibilités industrielles très vastes,

notamment dans le contrôle optique de la qualité.

L'objectif d'une configuration industrielle optimale n'est pas seulement d'exploiter les

capacités du réseau Gige à des fins de transferts (rapidité, longue distance). C'est

aussi de permettre un contrôle souple et efficace de tous les paramètres intervenant

dans la chaîne de traitement des images, via une liaison Ethernet unique, entre

l'ordinateur et l'installation.

Dans le but de comprendre le fonctionnement, deux exemples seront développés :

Le premier est synchronisé via un trigger (un trigger ou déclencheur est un

événement qui provoque l'exécution d'un algorithme).

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Le Second est piloté par la liaison Ethernet.

Exemple 1 :

Des produits sont transportés sur un convoyeur.

La caméra est synchronisée avec l'installation via un

Trigger Pour un éclairage optimal, une lampe à LED

est synchronisée avec la caméra, à l'aide d'un

contrôleur de flash. L'ordinateur dédié au traitement

des images peut être séparé de l'installation, sa

connexion étant assurée par un câble Ethernet unique.

Cette configuration garantit une stabilité accrue d'une

part, et une une réduction des coûts d'autre part.

Exemple 2 :

Des composants supplémentaires sont pilotés par la liaison Ethernet. En pilotant les

contrôleurs de flash, multitrigger, etc., on obtient une flexibilité optimale de l'installation, en

gardant l'ordinateur à distance. Les configurations possibles ne se limitent pas à l'utilisation

d'une seule caméra. Il est tout à fait possible de piloter plusieurs caméras, depuis un ou

plusieurs ordinateurs, dans les limites de la bande passante du réseau.

Dans le cas ou, il faut des prises de vues

en temps réel, Il est possible de

synchronisée des caméras linéaires.

Application avec caméras linéaires

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3. Comparaison

Dans le but de comparer la norme Gige à d’autre mode, nous avons retenu 3 modes

comparables (USB 2.0, FireWire et CameraLink).

Mais avant toute chose, nous allons présenter ces différents modes :

USB 2.0 :

Tout d’abord on peut dire que le protocole USB est une

norme très souple ; une interface unique suffit pour

commander plusieurs périphériques, il suffit juste de

posséder le bon driver. Aussi, les périphériques et le

flux d’information étant géré par l’ordinateur, ce type

d’interface se repose de façon assez importante sur le CPU.

L’USB se distingue par son faible coût de l'interface, sa connexion facile, sa fiabilité

et sécurité sont plutôt moyennes (détection et correction d'erreurs).

Cependant son utilisation dans le domaine de la Vision reste spécifique. Cette

technologie n’est pas vraiment adaptée au contrôle par Vision industrielle, comme

cette interface de vision est très limitée en bande passante et qualité d’acquisition et en

nombre de caméra à relier.

FireWire (IEEE 1394)

FireWire est le nom donné par Apple. La société Sony le nomme

i. Link, la société Texas Instruments utilisant quant à elle le terme

Lynx. Le FireWire a été normalisé en 1995 sous la référence

IEEE 1394.

L’IEEE-1394 utilise une topologie ‘‘peer-to-peer’’, c’est à dire que

chaque périphérique peut communiquer avec un autre directement

sans passer par le host comme avec l’USB. On peut donc envoyer

l’information à plusieurs périphériques à la fois.

Dans le monde industriel le FireWire a vraiment sa place, plus que l’USB. Ayant un

meilleur niveau de standardisation grâce à sa connexion Plug & Play, il est très

facilement utilisé. De plus, cette interface ayant une bonne bande passante et la

possibilité de connecter plusieurs caméras sans pertes de données, elle sera très

privilégié dans les applications comportant plusieurs caméra transmettant des

informations de façon moyenne, voir importante (configuration multi caméra, contrôle

qualité à l’aide de plusieurs caméra, etc.).

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CameraLink

Au cœur de la norme Camera Link se trouve Channel Link,

une méthode de transmission de données numériques à

l'origine conçue par National Semiconductor pour les

affichages à écrans plats. Par comparaison à la méthode

précédente, le RS-644 (le format LVDS du RS-422), cette

technologie offre de nombreux avantages pour les applications de vision industrielle.

L’interface Camera Link™ développe la technologie de base de Channel Link pour

offrir des caractéristiques plus utiles aux applications de vision. Le chemin de données

de 24 bits – divisé en ports de 8 bits – permet à l'interface de gérer facilement des

caméras numériques monochromes et couleur avec un large éventail de résolutions et

de formats de données. Camera Link utilise entre un et trois flux Channel Link

(configurations BASE, MEDIUM ou FULL), selon le format de données vidéo et

atteint des vitesses de transmission allant jusqu'à 85 MHz et des débits de transmission

allant jusqu'à 2,38 Gbits/sec sur des distances maximum de 10 mètres.

L'interface Camera Link permet également la communication série d'informations de

commande et de contrôle entre une caméra et une carte d'acquisition d'images. La

plupart du temps, les caméras peuvent recevoir des transmissions de la carte

d'acquisition d'images, mais les transmissions de la caméra à la carte d'acquisition

d'images sont optionnelles. Les circuits de communication série utilisent quatre

signaux différentiels et le même protocole de bits de début, de données et d'arrêt que

les ports de série standard d'un PC. Attention, ne pas confondre le port série Camera

Link avec les ports COM classiques intégrés aux PC.

Nous avons sélectionné l’ensemble des données (bande passante, longueur de câble,

utilisation du CPU, alimentation, standardisation, transmission, nombre de caméras

que l’on peut raccordées, le cout de l’installation et les différentes applications), de

chacun des modes pour le comparé grâce à un tableau.

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Il en résulte que chaque interface possède ses propres qualités et défauts.Même si Gige

présente bien des avantages (longueur de câble, prix correct …) La concurrence présente elle

aussi de nombreux avantages.

Et du fait de cette différence de caractéristique, chaque mode sera pour une utilisation

différente.

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II. La norme Genicam

I. DEFINITION

Genicam est un nouveau standard universel permettant la communication entre

les caméras vision.

Il regroupe plusieurs fonctionnalités

A.) configurer les cameras

B.) il informe sur la capture des images

C.) il fournit une interface d’utilisateur

D.) il donne des renseignements sur la transmission informatique

II. FONCTIONNEMENT DE GENICAM

Les cameras sont dotés de sept aspects établis par le fournisseur, sans eux, il

serait impossible d’utiliser la camera afin de capturer des images. Ces

différentes caractéristiques sont :

La largeur de l’image

La taille de l’image

Le nombre de pixel que possède la camera

Le mode acquisition d’image

Le nombre de bit qu’occupe une image

Le début de capture

La fin de capture

Ces caractéristiques ainsi que les fonctionnalités de la camera sont décrites

dans un fichier XML (extendable Markup Language) c'est-à-dire un langage

HTML amélioré permettant de definir de nouvelles balises. Lorsque Genicam

est en cours d’éxécution, il définit d’une par t l’agencement des fichiers XML et

fournie un ordre de référence qui permet de recueillir les données et commander

la camera. L’accès aux données du fichier XML se fait par le biais du « transport

layer » qui est un composant de communication spéciale, en modifiant ce

composant , Genicam permet aux cameras d’établir la communication avec des

interfaces tels que Gige Vision, IEEE 1394.

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III. Avantages de Genicam

Grace à Genicam l’échange des données entre le camera et le centre de

traitement devient plus facile.

En effet, ces échanges ne se reposent sur le type de camera ou de logiciel cela

permet aux industriels de remplacer leurs cameras par d’autres modèles du

même fournisseur ou par un fournisseur différents et non plus a se soucier de la

partie développement, Genicam leurs offres plus de liberté et ils peuvent

travailler d’avantages sur les problèmes importants, tels que le rapport signal

bruit.

D’autre part, Genicam offre plus de flexibilité par rapport aux normes

existantes. Prenons par exemple DCMA (un standard qui définit les structures

des cameras), ce standard se limite à un nombre de fonctionnalités basiques et

rigides telles que la luminosité, la résolution etc. … . ce qui est problématique,

un fabricant qui développe un nouvelle fonctionnalités non définies par ce

standard doit faire appelle a des éditeurs extérieurs, contrairement à DCMA

Genicam définit les caractéristiques et les moyens d’y accéder , lorsqu’un

fabricant souhaite enregistrer les fonctionnalités de son produit, il n’a qu’a

écrire dans le fichier XML

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III. Conclusion

Il en résulte que les normes genicam et Gige Vision sont des technologies assez récentes mais qui font

preuve d’efficacité dans leur domaine.

Pour Gige vision, sa simplicité de mise en œuvre, sa longueur de câble, le nombre de raccordement

ainsi que son prix, sont des atouts indéniables. Même si la concurrence est présente, USB 2.0,

FireWire et GameraLink présentent aussi des avantages. La Gige Vision reste fait pour le domaine

industriel.

En ce qu’il s’agit de Genicam, on peut dire que c’est une interface de programmation générique

pour toutes sortes de caméras. Quelles que soient les caractéristiques de la caméra et la

technologie de son interface (GigE Vision, Camera Link, 1394 DCAM, etc.), l’interface de

programmation d’applications (API,Application Programming Interface) est toujours

la même. Le protocole GenICam permet aussid’utiliser des logiciels tiers avec la caméra

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IV. Bibliographie

http://wapiti.telecom-

lille1.eu/commun/ens/peda/options/ST/RIO/pub/exposes/exposesrio1997/Gigabit/giga

bit.htm#INTRODUCTION

Stemmer Imaging :

http://www.stemmer-imaging.fr/fr/pages/service/base.php?item=education.GigE

Wikipedia

http://translate.google.fr/translate?hl=fr&langpair=en%7Cfr&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gig

abit_Ethernet

Forum MRIM

http://mrim.forumpro.fr/module-7-technologies-ethernet-f69/gigabit-ethernet-t777.htm