Année : 2010-2011
CALLEWAERT Axel et ELIE Emerson
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 2
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
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 3
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
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 4
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.
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 5
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".
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 6
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).
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 7
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
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 8
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.).
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 9
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.
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 10
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.
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 11
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.
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 12
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
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 13
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
Licence Pro Vision Industrielle, Année : 2010-2011
Etudiants : ELIE Emerson et CALLEWAERT Axel 14
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