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GigE Vision™

 
 

GigE Vision™の可能性

 Gigabit Ethernet10Mbps100MbpsFast Ethernet)のデータ伝送帯域を1000MbpsGigE)へ広げたもので、ラップトップコンピューターを含む汎用PCへの対応チップの採用が進んでいます。汎用機材として世界中で使われることにより、付帯する技術の価格が低減化され、更にEthernetのデータ伝送速度が1000M bpsになった時点で、自然と画像処理市場への利用が具体化しました。

 1000M bps
あれば、今日使われている多くのアプリケーションで利用可能です。Gigabitのデータ伝送速度を活かせばVGAUXGA画素の画像データを高速に伝送する事ができます。ただし、ラインを高速で流れる被写体の検査など、大きなデータを高速で連続して取り込むようなアプリケーションの場合には、処理側CPUの負荷が高くなり、OSがサポートするドライバでは不便を感じるかもしれません。そのため、カメラメーカーやサードパーティーから提供されるGigE Vision専用ドライバなどの利用が不可欠となります。

 JAIの場合、GigE Vision準拠の全製品に、専用ドライバとSDKSoftware Development Kit)が無償で提供されます。専用ドライバを使って画像を取り込むことでCPUの付加を低減し、画像処理アプリケーションの同時動作が行える環境が揃います。

 GigE Vision
インターフェイスの特長を活かし、今までには考えられなかったアプリケーションが具現化し易くなります。例えば、ITSIntelligent Traffic System)用途では、カメラリンクのデータ伝送距離の限界が導入への足枷になっていました。しかし、高画素でデータ伝送距離に制限の無いこのGigE Vision対応カメラが解決策となることでしょう。そのほか、Ethernetのネットワーク性、データ伝送能力を活かせば、工場内、あるいは病院内に点在する画像処理システムを1箇所に統合して集中管理することもできます。

GigE Vision™の特徴

 GigE Vision™とはEthernetIPネットワーク上で動作するプロトコルを決めたものです。Ethernet自体は1979年に米国のIEEE学会がIEEE802.3委員会において規格が標準化され、当時10Mbpsであった伝送速度は、その後、高速化を重ね100Mbps,1Gbps,10Gbpsと進化を続けています。一般的にネットワークと言えばこのEthernet技術をベースにしたTCP/IP,UDP/IP通信を指します、GigEVisio規格はUDP/IPの上にGigE Vision Protocolが構築されています。 

GigE Vision™のメリット 

  1. ーブル長が100mまで伸ばせる(中継機器で無制限に延長可能)
  2. 1Gbitの帯域があるので大量のデータがリアルタイムで流せる
  3. 標準のNICカードが使える(あるいはPCに標準実装済み)
  4. 安価なケーブルが使える (汎用Ethernetケーブル(CAT-6)が使える)

GigE Vision™のデメリット

  1. 接続するコンピュータの性能にある程度の条件がある
  2. GigEデバイスにフレームグラバの機能を盛り込むので、システムとしては安価になるが、カメラの値段がやや高くなる
  3. GigEカメラの消費電力がカメラリンク対応カメラに対して高い
  4. ネットワークの性質上パケットの到着時間が確定しない
  5. ホスト側ソフトウエア(ドライバー)の最適化が必要

 GigE Vision™規格

 一般的にデータの信頼性を確保するプロトコルとしては、TCP/IPが使われます。例えばホームページを見るときに使われるHTTPや、Eメールに使われるSMTPなどは応答確認等の手法を使って信頼性の高い通信を実現しています。一方UDP/IPは、信頼性はやや低いが高速の通信が必要なDNSなどに使われています。

 GigE Vision™も大容量の画像データを高速に転送する必要があるので、後者のUDP/IPを使い、伝送効率を上げ信頼性が欠如する部分についてはGigE Visionのプロトコルでカバーする仕組みになっています。 

プロトコル概要

(1)IPアドレスの設定

 ネットワークに繋がる仕組みを考えてみると解りやすでしょう。最初にネットワークデバイスとして動作するための条件は何らかの方法でIPアドレスを取得することです。あるネットワークにGigE Vision デバイス(カメラであることを想定しているがそれ以外もある可能性があるためデバイスと表現しています)が接続されたときに、IPネットワーク機器として動作させるためには、ネットワークアドレス、IPアドレスを取得することが第一です。その上でホストからそれらのGig Vision デバイスを探し出す必要があり、これをDevice Discovery(デバイス自動検出)といいます。

実際には、デバイス自身が電源立ち上げ後に、DHCPサーバーに対してIPアドレス要求をしてIPを設定します。もしそのネットワークにDHCPサーバーが無い場合は、DHCP要求しても応答がないことから判断できるので、自分自身でIPアドレスを設定するモードに切り替わります。LLA(Local Link Address)が、169.254.xxx.xxxというアドレス空間で使われていないアドレスを探して自動設定します。この時点でデバイスは何らかのIPアドレスを持っていることになります。(静的IPアドレスも設定は可能ですが、defaultではOFFになっています。) 

2)デバイスの制御

 次に認識されているデバイス(カメラ)の制御が必要となります。簡単に言うとカメラに対して制御コマンドを送りカメラの制御をするということです。例えばゲイン、シャッタ、トリガモードの設定などです。制御に必要なのがGVCP(Gig Vision Control Protocol)制御プロトコルでMemory read/write、その他いろいろなコマンドが決められており、デバイスのメモリマップにあるアドレスにデータの書き込み、読み出しをすることでデバイスの制御を行います。

3)画像データの受け渡し

 最後に一番重要なGVSP(GigE Vision Streaming Protocol)ストリームプロトコルがあります。これは、デバイスから最終的に取り出したい画像を受け渡すためのプロトコルです。画像のフォーマットも画素数、ベイヤーから3CCD、 8/10/12ビットなどいろいろきめられているので、ユーザー希望により画像の送出を行います。

 実際にはUDPのポート番号を指定して、それに対してデータを送り出します。データは1ブロックが一枚の画像、1パケットに画像を何分割化して一度に送ることの出来るデータサイズとなります。Ethernetの場合は1440バイトの制限があったが、Gigabit Ethernetはジャンボパケット(1パケットのサイズを大きくしてパケット毎に送られるヘッダー分のデータを節約)を使い1440バイト以上のデータを伝送することができます。但し、使用するハードウエア(例えば、カメラやNIC)によっては4KB、6KB,8KB,16KB等の帯域制限があるので注意が必要です。 

(4)GeniCam XML デバイス設定ファイル

 GigE Vision™にはデバイスが持つ機能をGenICamで決められた名前を使ってXML形式でカメラのメモリに持つ必要があります。(あるいはURLによってホームページ上のファイルにリンクしておく必要があります) これを使うことで、ホスト側から名前によってデバイスを制御することが可能になり、いちいちデバイスのメモリマップをみてデータを書き込むといった面倒なことが無くなります。 詳しくはGen<i>Camをご参照ください。


JAI GigE Visionカメラの製品ラインナップはこちらをご覧ください
 

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