Les cartes d`acquisition et de traitement d`images

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G uide d’achat
VISION INDUSTRIELLE
Les cartes d’acquisition et
de traitement d’images
▼
Les cartes d’acquisition et de traitement d’images utilisées en vision industrielle n’ont pas encore dit leur dernier mot. Malgré
le développement des capteurs de vision et des caméras intelligentes intégrant toutes les fonctions de traitement, l’offre en
cartes demeure abondante et variée. D’un modèle à l’autre varient le format, le nombre et le type d’entrées, la fréquence
d’échantillonnage ou encore la présence et la taille des mémoires. Pour bien choisir, il faut avant tout considérer le type de
caméra qui est raccordée à la carte, et l’application que l’on souhaite réaliser.
E
ntre le marché des caméras intelligentes, qui se développe à pas de
géant, et celui des petits capteurs
de vision, qui règnent en maître
sur les applications les plus simples, les cartes
d’acquisition et de traitement d’images ont
de plus en plus de mal à se frayer un chemin... Pourtant, les avancées techniques qui
révolutionnent le marché des caméras se
répercutent aussi sur celui des cartes d’acquisition d’images :
En bref
les nouveaux standards de communi Le choix d’une carte d’accation, l’accroissequisition et de traitement
ment des résolutions
d’images est avant tout
et des cadences dans
conditionné par le type de
caméra qui lui est raccorl’acquisition
des
dé.
images, les nouveaux
Le marché se caractérise
bus pour PC…
par une large variété de
conduisent les fabrimodèles, qui permettent
cants de cartes à dévede répondre aux applicalopper sans cesse de
tions les plus difficiles.
nouvelles fonctionna Pour bien choisir, il faut
lités pour s’adapter à
prendre en compte le format de la carte, le nombre
ces évolutions.
et le type d’entrées, le débit
Ainsi, même si le
d’entrée maximum, ainsi
marché français est
que les outils embarqués
relativement restreint,
(mémoire et fonctions de
il se caractérise par
traitement)
une très large variété
48
National Instruments
Une application de vision industrielle est un ensemble constitué d’une caméra,d’un système d’éclairage,d’un logiciel et d’un système de
traitement d’images.Ce dernier peut être intégré dans un système de vision autonome,dans une caméra dite “intelligente”,ou encore dans
un PC.Il faut alors choisir une carte d’acquisition et de traitement d’images adaptée à son application…
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Guide d’achat
de modèles. Suivant le format, le nombre
d’entrées, la fréquence d’échantillonnage, ou
encore la présence et la taille des mémoires,
il y a de quoi répondre à tous types d’applications, y compris les plus exigeantes.
Pour bien choisir, rien ne sert d’éplucher les
fiches techniques de chaque modèle : il faut
avant tout considérer les caractéristiques de l’application que l’on souhaite réaliser. Le choix
d’une carte d’acquisition et de traitement
d’images est conditionné par les caractéristiques de la caméra à laquelle elle est raccordée.
Dans une application de vision industrielle,
tout commence en effet par l’acquisition
d’une image au niveau du capteur CCD (ou
CMOS) de la caméra. C’est lui qui convertit
l’intensité lumineuse reçue par chaque pixel
en une information numérique. Celle-ci est
ensuite convertie en un signal analogique
(dans le cas des caméras analogiques) ou
transférée telle quelle vers la carte d’acquisition et de traitement d’images.
A l’image des caméras, il existe donc deux
grands types de cartes : les modèles analogiques et les modèles numériques. Si les caméras numériques sont de plus en plus utilisées,
les caméras analogiques couvrent encore la
majorité des applications. Il faut dire
qu’elles sont défendues par un
poids lourd du domaine
(Sony), qu’elles sont
nettement moins
chères que les
modèles numériques, et que
le fossé technique qui les séparait encore récemment des
modèles numériques se comble peu
à peu. Dans les résolutions courantes
(de l’ordre de 640x480 pixels), elles
répondent donc parfaitement au besoin. Restent les applications un peu plus spécifiques,
nécessitant de hautes résolutions ou des
cadences élevées :dans ce cas,le numérique est
privilégié. La qualité, toutefois, dépendra du
capteur utilisé. « Il vaut parfois mieux utiliser une
caméra analogique dotée d’un capteur CCD plutôt qu’une
caméra numérique intégrant un capteur CMOS », indique
Alain Duflot, directeur technique de Cognex.
Au niveau des cartes, c’est la même tendance qui prévaut. « Comme les constructeurs de caméras ont une position largement dominante sur le marché
de la vision, l’offre en cartes d’acquisition pour caméras
analogiques reste importante »,indique Jean Feret,
responsable de Matrix Vision France. Pour Stéphane Ledoux, responsable des applications
Europe chez Matrox Imaging, « les plus gros volumes
de l’analogique sont réalisés dans les applications de vidéosurveillance et dans les laboratoires de recherche. Néanmoins,leur emploi est tout aussi justifié dans les applications de contrôle industriel.Elles sont bien moins sensibles
au bruit que par le passé,et elles permettent tout de même
d’acquérir jusqu’à 30 images par seconde avec des résolutions allant jusqu’au mégapixel ».
Une fois que l’on a choisi une carte analogique ou numérique, il faut encore déterminer le type d’entrées nécessaires. Là aussi, tout dépend du format de la caméra. En
analogique, on retrouve les formats “classiques” hérités de la vidéo grand public : les
standards européens CCIR (pour les caméras
monochromes) et PAL (pour la couleur), ainsi que les formats américains RS170 (pour les
caméras monochromes) et NTSC (pour la
couleur).A chacun d’eux correspondent une
certaine vitesse d’acquisition et une certaine
résolution. (Le standard CCIR, par exemple,
correspond à une acquisition à
25 images/seconde pour une résolution de
768x576 pixels).
Ces standards suffisent aux applications de vision
les plus courantes et les plus simples. Pour les
autres cas (applications de mesure dimensionnelle, contrôle d’aspect, inspection à hautes
cadences,etc.),
on utili-
Les
cartes d’acquisition d’images
se différencient notamment
par le format,le nombre d’entrées
rox et le type de composants qu’elles
Mat
embarquent (mémoire,processeurs,etc.).
se des cartes offrant des entrées pour
les caméras non standards. C’est le
cas des entrées pour les caméras à balayage progressif (monochromes ou couleur), que l’on
utilise lorsque la scène observée comporte des
objets en mouvement, des entrées pour des
caméras entrelacées et à reset asynchrone,
ainsi que des entrées pour les signaux couleurY/C (ou S-Vidéo), qui permettent d’acquérir sur deux voies séparées la chrominance et la luminance.
Certaines cartes acceptent ainsi une très large variété de caméras. La carte mvTitan de
MatrixVision, par exemple, accepte toute caméra analogique monochrome ou couleur RGB,
entrelacée ou progressive, périodique ou à
reset asynchrone du marché.Autre exemple,
la carte PC2-Vision de Coreco Imaging (représenté en France par Imasys), qui accepte des
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caméras entrelacées CCIR/RS170 à balayage
progressif jusqu’à 2 000x2 000 pixels en
monochrome, ainsi que des caméras couleur RGB jusqu’à 1 000x1 000 pixels. On
peut alors lui raccorder deux groupes de trois
caméras monochromes en acquisition simultanée ou 6 en multiplexé, ou 2 RGB en multiplexé...
Au niveau des cartes pour les caméras numériques,en revanche,l’affaire est beaucoup plus
simple. Outre les formats traditionnels (LVDS,
RS422),qui sont de moins en moins utilisés,la
quasi-totalité des fabricants propose désormais
des cartes offrant une ou plusieurs interfaces
Camera Link*. Preuve de la pénétration de ce
standard sur le marché de la vision, « Sony,qui ne
défendait jusqu’à présent que le FireWire,a créé l’événement
lors du dernier salonVision en présentant sa première gamme
de caméras sur Camera Link! », indique M. Feret
(MatrixVision).
L’intérêt de ce standard, introduit fin 2000,
est qu’il offre un débit théorique très élevé.
Suivant qu’il utilise un, deux ou trois composants Channel Link, il se décline en trois
configurations : “Base” (avec un débit théorique maximal de 2,3 Gbits/s), “Medium”
(4,76 Gbits/s) et “Full” (7,14 Gbits/s).
Lorsqu’on choisit une carte numérique Camera Link, il est donc
indispensable d’en connaître la
configuration. Suivant les
modèles, on trouve en effet les
trois configurations (Base, Medium
et Full), ou seulement une ou deux d’entre
elles. Le plus souvent, les cartes offrent deux
entrées Camera Link Base, ou une seule
Medium ou Full.
Dans tous les cas, il faut garder à l’esprit que
le standard Camera Link, contrairement au
FireWire, n’est pas un bus. On ne peut
connecter qu’une seule caméra par interface.
Mais si l’on utilise une carte offrant, par
exemple, deux entrées indépendantes en
parallèle, les débits sont multipliés : au lieu
d’avoir une entrée à 50 images/s, on peut
monter à 100 images/s…
*Voir à ce sujet l’article
“Quel standard pour les
caméras industrielles”
dans notre numéro 763
de mars 2004, page 30,
également disponible
sur notre site Internet.
Attention au nombre de décodeurs
Pour choisir une carte d’acquisition, il importe aussi de prendre en compte le nombre
d’entrées, et en particulier le nombre d’entrées indépendantes. Certaines cartes analogiques proposent en effet 2, 4, 6, 8 voire
16 entrées, mais on ne peut parfois acquérir
qu’une seule voie à la fois et l’acquisition de
l’ensemble des voies doit se faire de manière cyclique.Autrement dit, on fait du multiplexage. D’autres cartes ne proposeront peutêtre que deux voies d’acquisition, mais elles
seront complètement indépendantes, et l’on
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Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiques
Fabricant
(Représentant)
Référence
Type
Caméras acceptées
de carte (non standards)
Nb
d’entrées
(indép.)
Fréq.d’éch.
Résolution de
la conversion
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
ADLink
(Ecrin Systems)
Angelo
PCI, CPCI
CCIR, RS170, Pal, NTSC
4 (4)
Non
Non
Driver Windows XX
APIM Informatique
Diane
PCI
Pal, Secam, NTSC, Y/C
De 4 à 16
Jusqu’à 120 im/s
de 768x576
pixels (8 bits)
14 MHz
24 bits
Non
Compression
jpeg
Kit d’intégration Windows
Support technique
Pegase
PCI
Pal, Secam, NTSC, Y/C
Jusqu’à 6
14 MHz
24 bits
Oui
(8 Mo)
Compression
Mpeg 2
Kit d’intégration Windows
Support technique
Uranie
USB2
Pal, Secam, NTSC, Y/C
Jusqu’à 3
14 MHz
24 bits
Non
Non
Kit d’intégration Windows
Support technique
Picasso-2SQ
PC/104+,
PCI, CPCI
CCIR, RS170, Pal, Secam,
NTSC
4 ou 2 Y/C
(1)
13,75 MHz
8 bits
Non
Non
Picasso-3C
PC/104+,
PCI, CPCI
RGB
13,75 MHz
3 x 8 bits
Non
Non
8501
PCI
CCIR, RS170, Pal, NTSC
2 (6 en
option)
(1)
4 (1)
Driver Windows XX
Driver Linux et RT Linux
Compatible LabView
Driver Windows XX
Driver Linux et RT Linux
Compatible LabView
33 MHz
8 Mo
Non
8504
PCI-X
CCIR, RS170, Pal, NTSC
4 (4)
33-66 MHz
16 Mo
Non
PC2 Vision
PCI
Caméras RGB
CCIR, RS170
(progressive scan)
PCI 32 bits Caméras anal. simultanées
PCI 64 bits CCIR, RS170 (progr. scan,
PCI-X
N&B jusqu’à 16 384 lignes)
PCI
Tout standard analogique
CCIR, Pal, NTSC et signaux
issus de microscopes
PCI
CCIR
(tous modes déclenchés)
6 N&B
ou 2 RGB
40 MHz
8 bits
Oui
(8 Mo)
Oui
(LUT)
4 (4)
50 MHz
8 bits
Oui
(128 Mo)
Oui
(LUT)
4
(3 sur série
DT313X)
12 (3)
40 MHz
10 bits N&B
Non
Non
40 MHz
8 bits
Oui
(32 Mo)
Oui
FPGA
14,75-7,38 MHz
12,27-6,13 MHz
24 bits
14,75-7,38 MHz
12,27-6,13 MHz
24 bits
14,75/12,27 MHz
8-32 bits
Non
Non
Non
Non
Oui
(127 Mo)
Non
De 1 à 16
(de 1 à 4)
8 bits
Non
Non
FPGA
Capture progr.scan ou entrelacée
Numérisation d’une source couleur
ou de 2 N&B synchronisées
Capture progr.scan ou entrelacée
Num. simult. de 2 sources couleur
24 bits ou 4 N&B 8 bits
Capture progr.scan ou entrelacée
Transferts DMA, 25 régions
d’intérêt par caméra, 6 E/S
E/S disponibles
Version avec compression jpeg
1 (1)
40 MHz
10 bits
Oui
(16 Mo)
Non
FPGA
Traitement num. FPGA. E/S, reset,
strobe, LUT
Arvoo
(Ecrin Systems)
Cognex
Coreco Imaging
(Imasys)
X64 AN
Data Translation
(SAIS)
DT3162
Edixia
Calia
Ellips
(Opto Vision)
Rio Basic
PCI
CCIR, NTSC, RS170, Pal,
Secam, Y/C
6 (1)
Rio Full
PCI
6 (1)
Santos
PCI
Picolo
PCI, PCI
64 bits,
PCI-X
PCI, Low
profile PCI
CCIR, NTSC, Pal, Secam,
Y/C
(progressive scan)
CCIR, RS170, NTSC, Pal,
Secam, Y/C
(progressive scan)
CCIR, EIA, Pal, NTSC
Euresys
(Elvitec)
Domino
Melody
50
CCIR, EIA
(progressif monochrome)
8 (2)
Accepte 6 caméras monochromes
ou 2 caméras RGB
Transfert de zone d’intérêt
Taux de transfert d’images jusqu’à
528 Mo/s, 4 entrées trigger indép.
isolées. Transfert de zone d’intérêt
Entrées analog. très polyvalentes,
supportent tous types de signaux
analogiques
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Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiques
Fabricant
(Représentant)
Référence
Type
Caméras acceptées
de carte (non standards)
Nb
d’entrées
(indép.)
Fréq.d’éch.
Résolution de
la conversion
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
Euresys
(Elvitec)
Domino
Harmony
2 (2)
4x40 MHz
4x10 bits
Oui
(32 Mo)
Non
FPGA
E/S, reset, strobe, LUT
1 RGB + 1 Mono en parallèle
Euresys
(Opto Vision)
Picolo
PCI,
CCIR, EIA, RGB
PCI 64 bits (progressif monochrome ou
couleur RGB)
PCI
Pal, NTSC, Secam, CCIR,
EIA, Y/C
33 MHz
32 bits
33 MHz
32 bits
Oui
(16 Mo)
Domino
Melody
PCI
CCIR, RS170
(progressive scan)
1 (4 ou
16 disponibles)
1 HD 15
1 RJ45
Domino
Harmony
PCI
CCIR, RS170
(progressive scan)
2 HD 15
1 RJ45
66 MHz
64 bits
Oui
(32 Mo)
IDS
(Imasys)
Falcon Plus
PCI
Pal, NTSC, Secam
4 (1)
Non
Oui
Impex
(SAIS)
VCE Pro
PC Card
Tout standard analogique
CCIR, Pal, NTSC
4
768x576 pixels
12 bits (entrée)
8 bits (sortie)
8 bits N&B
32 bits couleur
Non
Non
Leutron
(BFI Optilas)
Picport Color
PCI, CPCI
PMC
Non
Non
PCI, PMC,
CPCI
4 ou
3 + 1 Y/C
(1)
8 (2)
20 MHz
8 bits
Picport
Mono/stéréo
Pal, CCIR, NTSC, EIA
Couleur et N&B (jusqu’à
2 028 x 2 048 pixels
Pal, CCIR, NTSC, EIA
Couleur et N&B
30 MHz
8 bits
Non
Non
PicProdigyColor
PCI
Pal, CCIR, NTSC, EIA
Couleur et N&B
33 MHz
8 bits
32 Mo
Oui
FPGA
mvDelta
PCI
CCIR, RS170, Pal, NTSC
16 ou
8 Y/C
(4)
4 (1)
Non
Non
mvGammaG
PCI
4 (1)
Oui
(8 Mo)
Non
Drivers Windows et Linux
Compatible avec DirectShow sous
Windows et V4L sous Linux
Drivers Windows et Linux
mvTitan
PCI
Oui
(8 à 32 Mo)
Oui
Drivers Windows et Linux
Solios XA
PCI-X
4 (4)
65 MHz
10 bits
Oui
(64 Mo)
Option
FPGA
Morphis
PCI
PCI-X
N&B matriciel (tte caméra
anal. entrelacée ou progressive,
périodique ou reset asynchrone)
N&B/RGB (tte caméra N&B
ou RGB entrelacée ou progr.,
périodique ou reset asynchrone)
CCIR, RS170, Pal, NTSC,
RGB
Matriciel et linéaire
NTSC, Pal, RS170 et CCIR
12,5 et
14,8 MHz
(8 bits)
40 MHz (8 bits)
ou 30 MHz
(10 bits)
8 bits ou
3x8 bits
16 (2 à 4)
8 bits
Oui
(2x16 Mo)
Helios XA
PCI-X
4 (4)
160 MHz
8 ou 10 bits
Oui
(128 Mo)
Solios XA
PCI-X
4 (4)
65 MHz
8 ou 10 bits
Oui
(64 Mo)
Meteor-II
PCI, CPCI
PC/104+
Monochromes ou RGB
CCIR, RS170
(tout format vidéo composite)
Monochromes ou RGB
CCIR, RS170
(Tout format vidéo composite)
Monochrome ou couleur
NTSC, Pal, RS170, CCIR,
Y/C
Option
Codec
jpg 2000
Oui
(FPGA)
12
(ou 6 Y/C)
8 bits (N&B)
24 bits (couleur)
Oui
(4 Mo)
Bibliothèque de traitement
d’images Matrox Imaging Library
(MIL)
2 versions : 2 ou 4 décodeurs
Bibliothèque de traitement
Matrox Imaging Library
Logiciel gratuit associé Mil-Lite
OS : Windows 2000/XP. Option :
biblio. de traitement d’images Mil
Logiciel gratuit associé Mil-Lite
OS : Windows 2000/XP. Option :
biblio. de traitement d’images Mil
Logiciel gratuit associé Mil-Lite
OS : Windows 98/Me/NT/2000
et XP. Option : bibliothèque Mil
Matrix Vision
Matrox Imaging
Matrox
(i2S)
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4 (1)
Oui
(FPGA
en option)
Non
Différents modèles. Plate-forme
complète de dévt avec nombreux
logiciels
Capture progr.scan ou entrelacée,
gestion reset asynchr., plate-forme
complète de développement
Capture progr.scan ou entrelacée,
gestion reset asynchr., plate-forme
complète de développement
SDK fourni avec driver Linux
existant. Traitement : mise à
l’échelle x/y, interpolation tps réel
Acquisition et affichage à 30 im/s
sur port PC Card 32 bits
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Guide d’achat
pourra acquérir simultanément les signaux
provenant des deux caméras.
Entre ces deux situations, une seule différence : le nombre de décodeurs vidéo (autrement dit de convertisseurs analogique/numérique) embarqués sur la carte. Lorsque la carte
n’embarque qu’un seul convertisseur, les
signaux sont acquis de manière multiplexée.
Il faut alors s’assurer de la qualité du multiplexage (et notamment de la valeur du temps
de bascule maximal entre chaque caméra).
Mais lorsqu’il est nécessaire d’acquérir simultanément plusieurs signaux sur la même carte d’acquisition (c’est le cas par exemple lorsqu’on utilise des caméras RGB ou Y/C, ou
encore lorsqu’on doit acquérir simultanément différentes vues d’une même scène), il
faut autant de décodeurs vidéo que de voies
d’entrée…
Ensuite, il y a une alternative. Pour avoir plusieurs décodeurs, on peut soit utiliser plusieurs cartes dotées d’un seul décodeur, soit
une seule carte dotée de plusieurs décodeurs.
Entre les deux solutions, chaque fournisseur,
ou presque, a sa réponse. « Nous conseillons d’utiliser plusieurs cartes dotées chacune d’un seul convertisseur,
indique M. Feret (MatrixVision). Sinon l’architecture est relativement complexe et la carte est plus chère ».
Pour M. Duflot (Cognex), au contraire, « si l’on
utilise quatre cartes dotées d’un seul convertisseur, on
monopolise déjà 4 slots PCI sur la carte mère uniquement pour l’acquisition des images. De plus, une carte à
quatre convertisseurs est nettement moins chère que quatre
cartes dotées d’un seul convertisseur ».
Autre critère à prendre en compte, le débit
maximum du flux de données que peut supporter la carte. Pour cela, il faut considérer
la fréquence d’échantillonnage (dans le cas
des cartes analogiques) ou le débit d’entrée
maximum (pour les cartes numériques).
Au niveau de la fréquence d’échantillonnage, il n’y a pas de surprise. La plupart des
cartes du marché offrent une fréquence allant
jusqu’à 30 ou 40 MHz. « Peu de cartes vont au-delà
de 40 MHz. Il faut dire qu’une telle fréquence d’échantillonnage suffit à acquérir les images de toutes les caméras analogiques du marché ! », indique M. Feret
(MatrixVision). Mais l’on trouve aussi des fréquences de l’ordre de 66, 110, voire
160 MHz. « Les cartes à 65-66 MHz correspondent
à des caméras de 1 000x1 000 pixels que l’on trouvait
par le passé en analogique,mais qui sont aujourd’hui disponibles en numérique, précise M. Feret.Quant aux
cartes entre 110 et 160 MHz, elles sont utilisées lorsqu’on a besoin de renumériser un signal vidéo (pour
reprendre les informations affichées sur un écran dans une
application de supervision,par exemple) ».
Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiques
Fabricant
(Représentant)
Référence
Type
Caméras acceptées
de carte (non standards)
Nb
d’entrées
(indép.)
Fréq.d’éch.
Résolution de
la conversion
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
PCI
RS170, CCIR, NTSC, Pal
1
8 bits
Oui
(16 Mo)
NI 1409
PCI ou
PXI
4 (1)
2 à 40 MHz
8 ou 10 bits
Oui
(16 Mo)
NI 1411
PCI ou
PXI
RS170, CCIR, NTSC, Pal
(Balayage linéaire ou à fréq.
variable de 2 à 40 MHz)
RS170, CCIR, NTSC, Pal,
Y/C
ROI progr.
et décimation
ROI progr.
et LUT
1
Oui
(16 Mo)
PT1000
ANL-1-2-E
GigaEthernet
CCIR, EIA, Pal, NTSC
2 (1)
12,27 et
14,75 MHz
8 bits
8 bits
Oui
(16 Mo)
ROI progr.
décimation
et LUT
Non
FPGA
PT1000
ANL-1-6-E
GigaEthernet
6 (1)
10 bits
Oui
(16 Mo)
Non
FPGA
PT1000
ANL-2-6-E
GigaEthernet
6 (2)
10 bits
Oui
(16 Mo)
Non
FPGA
Scion Corporation
(SAIS)
LG3
PCI
CCIR, EIA, Pal, NTSC
(progressif 640x480 pixels,
30 images/s)
CCIR, EIA, Pal, NTSC
(progressif 640x480 pixels,
30 images/s)
Tout standard analogique
CCIR, Pal, NTSC
4
Non
Non
Secad
IPCI+
PCI
Toutes caméras analogiques
CCIR, Pal, NTSC, RS170
4 (4)
15 MHz
8 bits N&B,
24 bits couleur
50 MHz
8 bits
Config. interactive. 1 ligne d’E/S
num. pour déclenchements. Driver
Ni-Imaq compatible LabView.
Taille des fenêtres d’acq. illimitée, 4
lignes d’E/S pour déclenchements et
4 sorties pour contrôle de la caméra.
Config. interactive, conversion de
couleurs HSL en tps réel. 1 ligne
d’E/S num. pour déclenchements
0 % CPU pour l’acquisition et
l’affichage des images. Jusqu’à
100 m du PC en point à point.
0 % CPU pour l’acq. et l’affichage.
RS232, E/S TTL, E/S optocouplées,
timer progr. Jusqu’à 100 m du PC
0 % CPU pour l’acq. et l’affichage.
RS232, E/S TTL, E/S optocouplées,
timer progr. Jusqu’à 100 m du PC
Compatible Windows, Mac
Supportée par Image J
Oui
(16 Mo)
Option
FPGA
Imacad
Rack
CCIR
2 (2)
27,5 MHz
8 bits
Oui
(2 Mo)
Oui
RISC
Quad 120
PCI
Toutes caméras analogiques
CCIR
4 (4)
120 im/s
50 MHz
8 bits
Oui
Oui
FPGA
National Instruments NI 1405
Pleora
(Elvitec)
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Traitement temps réel pour suivi des
cibles à 120 images/s sur 4 caméras
simultanées
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Guide d’achat
Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériques
Fabricant
(Représentant)
Référence
Type
Standards
de carte acceptés
Entrées num.*
(entrées
indépendantes)
Débit
d’entrée
maximum
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
Arvoo
(Ecrin Systems)
PicassoDigital
PCI,
CPCI
Camera Link,
LVDS, RS422
1 ou 2
(1 ou 2)
80 Mo/s
Non
Non
Driver Windows XX
Driver Linux et RT Linux
Leonardo CL
PCI 64
CPCI 64
PMC 64
PCI 64
bits, PCI
Express
PCI
Camera Link
1 ou 2
(1 ou 2)
170 Mo/s
Camera Link
2
De 395 à
1 024 Mo/s
Oui
(1Go max
DIMM)
Non
De 1 à 3
(de 1 à 3)
40 Mo/s
Oui
(8 Mo)
Oui
FCPGA
Processeur MIPS
Décodage
couleur Bayer
sur FPGA
Non
PCI 32
PCI 64
PCI-X
PCI
Camera Link
matricielle
linéaire
Camera Link
1 CL Base,
Medium, Full
ou 2 CL Base
1 CL pour
caméra linéaire
et matricielle
528 Mo/s
Oui
(32 Mo à
2 Go)
Oui
(16 Mo)
X64LVDS
PCI 32
PCI 64
PCI-X
LVDS,
RS422, matr.
et linéaire
Data Translation
(SAIS)
DT 3145
PCI
Camera Link
Edixia
Calia/CL
PCI
Epix
(BFI Optilas)
PIXCI
CL3SD
PCI
Euresys
(Opto Vision)
Grablink
Value
Desktop
PCI,
CPCI
Desktop
PCI
CPCI
PCI 16 et
32 bits
LVDS
PCI,
CPCI
Bitflow
(SAIS)
CL R 64
Cognex
8100D
Coreco Imaging
(Imasys)
Séries X64
CL
PCcamlink
Grablink
Expert 2
Série Multi
Euresys
(Elvitec)
Grablink
Value
Grablink
expert
Quick Pack
Colorscan
PCI,
PCI-64,
CPCI
PCI,
PCI-64,
CPCI
Supporte tous types de caméras Camera Link
Haut débit en PCI 64 bits/66 MHz et PCI
Express
528 Mo/s
Oui
(32 Mo à
2 Go)
Oui (LUT,
automatic
transfert DTE)
Oui (LUT,
conversion 4:2:2
formatage, etc.)
Oui (LUT
Automatic
transfert DTE)
1
100 Mo/s
Non
Non
Camera Link
3 (3)
180 Mo/s
Oui
(32 Mo)
Oui
FPGA
Camera Link
matr., linéaire
N&B/couleur
Camera Link,
RS232
2 CL Base ou 1
Medium-Full
66 MHz
Oui
(4 Go)
Non
1 CL
60 MHz
Oui
(8 Mo)
Camera Link
RS232
2 CL
66 MHz
Oui
(16 Mo)
Camera Link,
RS422
2 CL
40 MHz
0, 1 ou 2 DSP
suivant modèles
Camera Link
Base
1 (1)
60 MHz
0,16 ou 32 Mo
suivant
modèles
Oui
(8 Mo)
Non
Gestion reset asynchrone, configuration
série Camera Link comme un port COM
supplémentaire
Gestion reset asynchrone, configuration
série Camera Link comme un port COM
supplémentaire
Acquisition de 2 caméras en parallèle,
option DSP pour capture rapide d’images,
transfert tps réel vers PC
E/S, reset, strobe
Camera Link
2 CL Base
ou 1 Medium
66 MHz
Oui
(16 Mo)
Non
E/S, reset, strobe
Camera Link
Base
(linéaire)
1 (1)
50 MHz
Oui
Oui
FPGA
E/S, correction d’uniformité,
équilibrage des blancs, etc.
120 Mo/s
2 triggers, 2 ports RS232C, 36 bits RGB, 8 à
64 bits/pixel, régions d’intérêt (ROI)
Une entrée CL single Tap. Support logiciel
étendu
8 E/S TTL, RS232C, CL 62,5 MHz
régions d’intérêt
Horloge pixel 75 MHz, longueur ligne de 1 à
256k, trigger
*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”
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Guide d’achat
Ledébit d’entrée maximum des cartes numériques est davantage sujet à controverses. Par
abus de langage,certaines documentations parlent de “fréquence d’échantillonnage”(même
si cette notion n’a de sens qu’avec un signal
d’entrée analogique), et l’expriment en MHz.
D’autres l’expriment en Mo/s, voire en
pixels/s… Mais pour que ces valeurs soient
comparables, encore faut-il savoir combien de
bits sont transférés à chaque coup d’horloge.Si
1 pixel est codé sur 8 bits,on peut utiliser indifféremment les deux unités (Mo/s ou MHz).
Mais si un pixel est codé sur 32 bits,soit 4 octets,
un débit d’entrée de 40 MHz équivaut à ren-
trer 4x40=160 Mo de données par seconde…
Pour éviter les erreurs de lecture ou les interprétations hâtives,mieux vaut donc se pencher
sur le détail du calcul.Rappelons pour cela que
le débit d’entrée maximal de la carte n’est autre
que le produit de la résolution, du nombre
d’images par seconde et du nombre d’octets
sur lequel est codé le pixel. La carte 8100D de
Cognex, par exemple, permet d’acquérir
(1 280x1 024 pixels)x(30 images/s)x(1 octet)
=39 Mo/s, ou 39 MHz (puisqu’un pixel est
codé sur 8 bits).
Au niveau des cartes numériques, on trouve
couramment des débits d’entrée de l’ordre de
40, 66, et même 85 MHz sur 8 bits, autrement dit 680 Mo/s (la bande passante du
Camera Link).
Quant à la résolution, la majorité des convertisseurs code le signal sur 8 bits (soit
256 niveaux de gris) ou plus rarement sur
10 bits dans les applications monochromes,et
sur 16 ou 32 bits dans les applications couleur.
Le format, la mémoire
et les traitements intégrés
Le flux d’entrée venant des caméras conditionne aussi le choix du format de la carte.
Si le bus PCI prédomine largement, certains
Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériques
Fabricant
(Représentant)
Référence
Type
Standards
de carte acceptés
Entrées num.*
(entrées
indépendantes)
Débit
d’entrée
maximum
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
Impex
(SAIS)
FrameLink
PC Card
32 bits
Camera Link
1
65 Mo/s
Non
Non
Supporte toutes les caméras numériques 1, 2
Tap, fréq. d’acq. élevée, carte pour
notebook au format PCMCIA
Leutron
(BFI Optilas)
PicportPro CL
Mono/stéréo
Picport
Digital
PCI,
PMC
Camera Link
matr., linéaire
N&B/couleur
RS422,
RS644
2 CL Base ou 1
CL Medium-Full
85 MHz
48 Mo
Oui
2 LVDS
8 bits 48 MHz Non
16 bits 24 MHz
Oui (sur FPGA)
Camera Link
Base et Medium
(1)
80 Mo/s
Oui
(8 Mo)
Non
Drivers Windows et linux
Matrix Vision
Matrox Imaging
Matrox
(i2S)
mvGamma
CL
PCI,
CPCI,
PMC
PCI
mvTitan
PCI
RS422 et
Camera Link
32 bits ou Base
et Medium (1)
80 Mo/s
Oui
(8 à 32 Mo)
Oui
Drivers Windows et linux
Solios XCL
PCI-X
Camera Link
66 MHz
Oui
(64 Mo)
Option
FPGA
Bibliothèque de traitement d’images
Matrox Imaging Library (MIL)
Helios XCL
PCI-X
Camera Link
85 MHz
Oui
(128 Mo)
Oui
Asic
Odyssey XCL
PCI-X
Camera Link
2 CL Base
ou 1 CL singleMedium
2 CL Base
ou 1 CL singleFull
2 CL Base
ou 1 single-Full
85 MHz
Oui
(256 Mo)
Oui
Asic Power PC G4
Odyssey
XCL
PCI-X
Oui
(256 Mo)
PCI-X
66 Mo/s
Oui
(64 Mo)
Oui
G4 PowerPC et
Asic personnalisé
Oui
FPGA
Meteor II/
Camera Link
PCI
2 CL Base
ou 1 CL Base,
Medium ou Full
2 CL Base
ou 1 CL Base ou
Medium
2 CL Base
ou 1 CL Base ou
Medium
680 Mo/s
Solios XCL
Camera Link
linéaire ou
matriciel
Camera Link
linéaire ou
matriciel
Camera Link
N&B ou
RGB
50 MHz
Oui
(32 Mo)
Oui
LUT
Prochainement disponible : LVDS/RS422
64 bits. Bibliothèque de traitement
d’images MIL
Existe avec 1 Go de Ram, et en
LVDS/RS422 64 bits
Bibliothèque MIL
OS : Windows 2000/XP, Linux, QNX
Neutrino. Bibl. de trait. d’images
MIL
Logiciel gratuit associé : MIL-Lite
OS : Windows 2000/XP. En option :
biblio. de traitement d’images MIL
Logiciel gratuit associé : MIL-Lite
OS : Windows NT/2000/XP et QNX
Neutrino. En option : biblio MIL
*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”
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Guide d’achat
Si le bus PCI prédomine largement,certains fournisseurs de
cartes d’acquisition d’images profitent du débit du PCI-X,voire
même du PCI Express,pour
répondre aux applications les plus
exigeantes.C’est le cas par
exemple de National Instruments,
qui a présenté en octobre dernier
l’une des premières cartes d’acquisition d’images PCI Express du
marché.
fournisseurs de cartes numériques profitent
du débit du PCI-X, et même du PCI Express,
dont la vitesse de transfert représente environ
quatre fois celle du PCI classique, pour
répondre aux applications les plus exigeantes
(acquisition synchronisée d’images, analyse
de défauts, suivi de mouvements complexes,
etc.). C’est le cas par exemple de Bitflow ou
de National Instruments. La carte PCIe-1429,
annoncée par ce dernier en octobre 2004,
permet ainsi d’acquérir des images sur toute la bande passante du Camera Link (soit
680 Mo/s)… En analogique, par contre, la
vitesse d’acquisition des caméras n’est pas
assez élevée pour justifier le passage du PCI
au PCI-X, ou au PCI Express.
Autre critère de choix, la présence et la taille
d’une mémoire. Il y a quelques années, il
était impossible de faire circuler les images en
temps réel dans le bus du PC. La mémoire
embarquée, qui jouait le rôle de tampon,
était alors indispensable. Aujourd’hui, les
bandes passantes des bus actuels n’en justifient plus autant l’intérêt, et l’on pourrait très
bien transférer directement le signal dans la
mémoire du PC. Mais si le bus PCI est
encombré ou utilisé par d’autres applications, il risque d’y avoir un goulot d’étranglement et une perte d’informations. Pour
pallier cet inconvénient, une mémoire est
souvent nécessaire. « Notre carte Solios XA, par
Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériques
Fabricant
(Représentant)
Type
Standards
de carte acceptés
Entrées num.*
(entrées
indépendantes)
Débit
d’entrée
maximum
Mémoire
embarquée
Traitement
embarqué
Observations
National Instruments NI 1422
PCI ou
PXI
1 (10 à 16 bits)
ou 2 (sur 8 bits)
80 Mo/s
Oui
(32 Mo)
ROI progr.
et LUT
NI 1428
PCI ou
PXI
RS422,
LVDS,
caméras lin.
Camera Link
1
200 Mo/s
ROI progr.
et LUT
PCIe-1429
PCI
Express
Camera Link
2
680 Mo/s
Oui
(16 ou
32 Mo)
Non
PT1000-CL-E
GigaEthernet
Camera Link
Base
1 (1)
66 MHz
Oui
(16 Mo)
Non
PT2000-CL-E
GigaEthernet
Camera Link
66 MHz
Oui
(16 Mo)
Non
PT1000-LV-E
GigaEthernet
LVDS ou
RS422
2 (2)
CL Dual Base
ou Medium
1(1)
66 MHz
Oui
(16 Mo)
Non
Config.interactive, 4 lignes d’E/S num. pour
les déclenchements, interface RS232, driver
NI-Imaq compatible LabVIew
Config.interactive, 4 lignes d’E/S num. pour
les déclenchements, sorties en train
d’impulsions, driver NI-Imaq
Config.interactive, 1 lignes d’E/S num. pour
déclenchements, sorties en train
d’impulsions, 8 E/S TTL, 6 E/S num.
1 % CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,
E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.
Jusqu’à 100 m du PC en point à point.
1% CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,
E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.
Jusqu’à 100 m du PC en point à point
1 % CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,
E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.
Jusqu’à 100 m du PC en point à point.
IPCI
PCI
RS422,
LVDS
1
30 MHz
Oui
Option DSP
Imacad
Rack
RS422
2 (2)
27,5 MHz
Oui
(2 Mo)
Oui
RISC
Frelon-PCI
PCI 64
bits, 66
MHz
Module CL
Full / fibre
opt.en dévt
1 (fibre optique)
2,5 Gbauds
Oui
(32 Mo)
Option FPGA et
PowerPC 603
Pleora
(Elvitec)
Secad
Référence
ROI progr.
et LUT
Flux de données numériques transféré au PC
par fibre optique. Module de conversion
CL/Fibre optique en développement
*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”
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Guide d’achat
Certaines cartes intègrent aussi des fonctionnalités plus spécifiques : des outils de
compression/décompression (en jpeg2000
ou Mpeg2) pour faciliter l’archivage des
données, la fonction “watchdog” (chien
de garde) pour reprendre la main automatiquement lors d’un échec de l’application, la programmation de régions d’intérêt (ROI) pour ne transférer vers la
mémoire du PC que la partie utile de l’image en délimitant une zone sur la fenêtre
d’acquisition, etc.
Une carte, enfin, ne se choisit pas seule. Il
faut aussi prendre en compte la qualité des
pilotes, la bibliothèque de traitement
d’images et les interfaces de développement qui sont proposés avec la carte. Rien
ne sert en effet d’avoir les outils de traitement les plus élaborés sur la carte si le pilote associé ne permet pas de les exploiter…
Petit glossaire du traitement d’images*
➜ CCD (Charged Coupled Device) : capteur
qui transforme l’intensité lumineuse reçue
par chaque pixel en signaux électriques par
effet photoélectrique.
➜ CCIR (Comité Consultatif International
des Radiocommunications) : nom donné au
standard européen de vidéo noir et blanc.
➜ Chrominance (C) : composante du signal
vidéo contenant spécifiquement l’information de couleur (indépendamment de l’intensité lumineuse).
➜ Codec : composant utilisé pour la compression et la décompression de données
vidéo ou audio.
➜ Composite : signal de vidéo analogique
dans lequel la luminance et la chrominance
sont combinées (par opposition au signal SVidéo).
➜ JPEG (Joint Photographic Experts Group) :
standard de compression des images fixes
complémentaire au MJPEG, sa déclinaison
pour les images animées, couramment utilisé pour compresser la vidéo analogique.
➜ LVDS (Low Voltage Differential
Signaling) : mode classique de transmission
des données numériques nécessitant d’utiliser une paire de câbles par bit de données.
➜ Luminance (Y) : composante du signal
vidéo contenant spécifiquement l’information d’intensité lumineuse (indépendamment de la couleur).
➜ MPEG (Motion Picture Experts Group) :
Standard de compression audio et vidéo
conçu par le comité international homonyme. Parmi les versions les plus utilisées, le
MPEG 2, utilisé par exemple dans les DVD
vidéo et certaines cartes d’acquisition
d’images, ou le MPEG 3, utilisé pour la compression de fichiers audio.
➜ Multiplexage : regroupement sur une
voie unique de signaux ou d’informations
issus de plusieurs voies.
➜ NTSC (National Television Standards
Commitee) : nom du comité qui a donné son
nom au système de télévision couleur utilisé
entre autres aux Etats-Unis. Sa version noir
et blanc est l’EIA (Electronic Industries Association)
➜ PAL (Phase Alternate Line) : standard
européen de vidéo couleur.
➜ Pixel (contraction de “picture element”) :
nom du plus petit élément d’une image. La
résolution d’une caméra s’exprime en
nombre de pixels (largeur x hauteur)
➜ Secam (Séquentiel couleur avec mémoire) : standard européen de vidéo couleur
proche du PAL (mais dont la chrominance
est modulée en FM).
➜ S-Vidéo (ou Y/C) : se dit d’une liaison ou
d’un connecteur dans lequel les informations de luminance (Y) et de chrominance
(C) sont transmises séparément, ce qui permet d’éviter le codage NTSC, Pal ou Secam.
*Vous pourrez retrouver ces définitions, et bien
d’autres encore, sur notre site Internet
www.mesures.com, rubrique “glossaire”
exemple, offre une fréquence d’échantillonnage de
65 MHz et une mémoire de 64 Mo.On peut donc stocker dans la carte une seconde d’image, et s’affranchir
ainsi des éventuels problèmes d’encombrement du bus
PCI », indique M. Ledoux (Matrox Imaging).
« La taille de la mémoire doit être au minimum égale
au double de la taille de la plus grande image que l’on
peut acquérir avec la carte », précise M. Feret
(Matrix Vision).Techniquement, il n’y a bien
sûr pas de limite dans l’intégration d’une
mémoire de grande capacité. Tout n’est
ensuite qu’un compromis avec d’autres critères (tels que le coût de la carte).
Autre critère de choix, les fonctions de traitement qui sont embarquées dans la carte. Là
aussi, deux options se dessinent. Soit le bus
est utilisé pour transférer en temps réel toutes
les images et les traiter directement dans le
processeur du PC, soit l’on utilise des cartes
embarquant un prétraitement.
Comme la mémoire, le traitement embarqué ne se justifie plus autant que par le pas-
56
Quel avenir pour les cartes ?
sé, mais on trouve encore un certain nombre
de cartes intégrant des DSP, des FPGA, des
LUT… voire même des processeurs de type
PowerPC. C’est le cas par exemple de la carte Odyssey XCL de Matrox Imaging, qui intègre
un microprocesseur Motorola G4 PowerPC
cadencé à 600 MHz. «Toute la bibliothèque de traitement d’images peut ainsi être embarquée sur la carte, ce
qui permet d’y accéder plus rapidement,sans délai d’exécution », indique M. Ledoux (Matrox Imaging). Il y
a aussi une question de pérennité de l’application.«Toutes les fonctions de traitement que l’on embarque
sur la carte sont autant d’outils pérennes pour les mois à
venir, poursuit M. Ledoux. Si tout est dans le PC,on
risque d’avoir à requalifier régulièrement tout le système ».
Quelle que soit l’option choisie, le type de
traitement embarqué dévoile toujours la stratégie du fournisseur. « Cela permet de savoir à qui
il s’adresse, indique M. Feret (Matrix Vision). Les
cartes avec FPGA, par exemple, ne sont programmables
que par des spécialistes, alors que le processeur est programmable par le client final ».
Malgré la richesse de l’offre en cartes d’acquisition d’images et leurs perpétuelles évolutions, l’avenir de ce marché suscite toutes
les interrogations. Devant la progression des
caméras intelligentes, certains fournisseurs
n’hésitent plus à le qualifier de “moribond”.
D’autres, plus mesurés, parlent d’un marché
“complémentaire” qui répond à ses propres
besoins, et qui ne peut ni s’effacer ni se substituer à celui des caméras intelligentes. Pour
Alain Duflot (Cognex), « il est certain que le fossé
technologique qui séparait les systèmes de vision autonomes des systèmes sur base PC se réduit de plus en
plus. Avec nos systèmes In-Sight, par exemple, nous
pouvons désormais répondre à près de 90 % des applications de vision industrielle, contre près de 40 % il y
a trois ans.Mais tout dépend du marché qui est adressé. Si la quasi-totalité des clients finaux bascule vers
les caméras intelligentes,les intégrateurs et OEM restent
fidèles aux systèmes sur base PC, soit parce qu’ils leur
permettent d’apporter leur plus-value,soit parce qu’ils
peuvent alors répondre à toutes les applications,y compris les plus exigeantes ». Pour M. Ledoux (Matrox
Imaging), « tout dépend de l’application que l’on souhaite réaliser. Si l’on utilise cinq caméras intelligentes
et qu’on a besoin de synchroniser toutes les acquisitions à l’aide d’un PC, autant acheter cinq caméras
toutes simples et réaliser le traitement dans le PC! Il y
a aussi une question de coût.Quatre caméras simples et
une carte d’acquisition d’images coûtent moins cher
que quatre caméras intelligentes. Enfin, une caméra
intelligente ne peut pas tout faire! Il y a toujours des
applications complexes ou très gourmandes en puissance de calcul, et pour lesquelles un système sur base
PC sera toujours plus adapté ». Alors, marché
moribond ou marché complémentaire ?
L’avenir nous le dira…
Marie-Line Zani
MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com