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Toujours une longueur d'avance

USB3 Vision sur la dernière ligne droite

3 octobre 2012

En 2011, l'interface USB 3.0 a fait son entrée sur le marché de volume et, depuis, c'est un sujet qui revient souvent dans les discussions relatives à la vision industrielle et à l'imagerie numérique.

Pendant le salon VISION 2011, on pouvait déjà les voir : à l'occasion de ce salon qui est le plus important au monde dans le domaine de la vision industrielle et l'imagerie numérique , quelques fabricants communiqués sur les premiers produits équipés du standard USB 3.0 et ont déclenché, de vives discussions sur l'utilisation de cette nouvelle interface dans le traitement d'images. Avec un débit de données théoriques de 5 GBit/s sur le câble, le successeur d'USB 2.0 promet déjà des taux de transmission de données nets pouvant atteindre les 400 MByte/s. De plus, comme c'était déjà le cas pour USB 2, il n'est en général pas nécessaire de disposer d'une carte d'acquisition d'images dans le système étant donné que de nombreux dispositifs informatiques et portables disposent aujourd'hui déjà d'une interface USB 3.0 intégrée. Bien sûr, ces caractéristiques conjuguées avec un prix relativement avantageux, rendent l'utilisation de la technologie USB 3.0 très intéressante pour différents cas survenant sur des systèmes de vision industrielle et d'imagerie numérique.

Cependant, il est important de savoir que toutes les caméras USB 3.0, déjà présentées lors du salon VISION 2011 et introduites depuis sur le marché, implémentent des protocoles propriétaires pour la transmission de données et ne correspondent donc pas au standard USB3 Vision. La raison est simple : il convient de faire la distinction entre le standard USB 3.0 utilisé sur le marché de volume et le standard Machine Vision USB3 Vision. Ce dernier n'a pas encore reçu l'autorisation finale – ce qui explique que, bien sûr, aucun composant de traitement d'images ne peut encore correspondre à ce standard pour l'instant.

Actuellement, il est prévu d'avoir finalisé la version 1.0 du standard USB3 Vision, adaptée spécialement pour le traitement d'images, avant le salon VISION 2012 qui aura lieu en novembre de cette année. Toute une série d'acteurs importants de notre secteur d'activité désirant assurer l'acceptation future de USB3 Vision par le marché, participent sous l'égide de l'Automated Imaging Association (AIA), au travail de normalisation nécessaire à cet effet.

Selon les prévisions, USB3 Vision deviendra un standard « on the wire », ce qui signifie que, comme déjà pour GigE Vision, on n'a besoin d'aucun logiciel spécifique du fabricant pour mettre en œuvre un système USB3 Vision. Le progiciel de la caméra ne sera donc pas chargé ultérieurement depuis l'ordinateur hôte pendant le temps d'utilisation, mais il sera déjà sur la caméra. Ainsi, rien ne s'oppose à leur intégration dans des systèmes embarqués qui ne sont pas basés sur Windows ou sur Linux.

USB3 Vision mise sur une intégration complète de GenICam : les caméras apportent leur fichier de description de l'appareil basé sur XML. Le protocole permettant de contrôler la caméra est le GenCP (Generic Control Protocol) également contenus dans GenICam qui a été conçu à l'origine pour les caméras CameraLink. Le flux de données est réalisé dans la première version d'USB3 Vision via un transfert Bulk. La conséquence est qu'aucune largeur de bande ne peut être réservée – un fait dont profitent cependant d'autre part des applications avec de nombreuses caméras. Toutefois, ceci mis à part, le transfert Bulk USB apporte une solution au problème nommé « Packet Resend » de GigE Vision étant donné que la transmission de données est garantie. Cela facilite l'intégration des deux côtés, c'est-à-dire autant pour l'ordinateur hôte que pour l'appareil. Toutefois, le comité de normalisation s'est réservé le droit d'intégrer également une alternative avec transfert isochrone dans des versions futures.

Un des autres avantages de l'interface USB 3.0 réside dans le fait que des caméras qui en sont équipées peuvent être alimentées en courant avec un maximum de 1,5 A pour 5 V. Cela permet de déployer la technologie sans difficulté majeure, même sur des ordinateurs portables qui, bien souvent, disposent aujourd'hui déjà de cette interface. Néanmoins, comme c'était déjà le cas sur GigE Vision, on peut remarquer des différences nettes de performance dépendant de la connectique adoptée par le fournisseur informatique. Une autre caractéristique intéressante du standard USB3 Vision réside dans le fait qu'il définit aussi un standard pour le connecteur offrant la possibilité de blocage par vis,améliorant ainsi l'adaptation de cette technologie à l'utilisation industrielle.

USB 3.0 n'apporte cependant pas que des avantages. Un désavantage qu'il faut mentionner est la longueur de câble limitée à quelques mètres, critique pour quelques applications. Selon l'état actuel, on peut compter sur une longueur de câble de 3 mètres en conservant la fiabilité de transfert. Des câbles plus longs jusqu'à 7 mètres sont testés en environnement industriel, mais ils ne sont pas encore approuvés. Par contre, avec des composants actifs, des longueurs de câble pouvant atteindre 15 mètres semblent être réalisables. Il convient de s'attendre à ce que, comme ce fut également le cas pour CameraLink, des « extenders » permettant de couvrir des distances plus grandes soient disponibles sous peu.

En outre, il est relativement sûr que des solutions à base de fibres seront trouvées à l'avenir pour USB 3.0. Dans quelle mesure ce concept sera alors aussi adopté en environnement industriel – l'avenir nous le dira. Il existe actuellement encore très peu d'expérience pratique avec USB 3.0 dans des environnements industriels. Ce qui est clair pour l'instant, c'est seulement que les premiers tests de cette technologie se sont montrés très prometteurs. Ce n'est qu'à l'automne 2012 au plus tôt que nous pourrons dire si l'interface USB3 Vision fait ses preuves sur le terrain après l'adoption définitive de la norme, d'autant plus qu'il existe aussi un concurrent technologique, le CoaXPress.

C'est avec un peu d'avance que cette technologie prend son départ à la faveur des utilisateurs dans le domaine du traitement d'images. Quant au CoaXPress plus performant et à la mise en œuvre différente l'USB3 Vision, permettant d'atteindre des taux de transmission de données nettement supérieurs. Les longueurs de câbles possibles, pouvant atteindre 100 mètres en fonction de la configuration, sont aussi nettement supérieures avec le CoaXPress. L'utilisateur paie ces avantages par une restriction : sur CoaXPress, il lui faut toujours un Frame Grabber.

Le standard GigE Vision qui, entre temps, s'est fait une bonne place sur le marché, ne reste pas sur ses acquis techniques. Le pont qui, à vrai dire, aurait dû être franchi depuis longtemps pour passer à 10G Base-T, devient maintenant accessible. L'un des problèmes principaux de 10G Base-T résidait jusqu'à présent dans le dégagement de chaleur. De nouveaux chips qui viennent d'être mis en circulation réduisent maintenant considérablement la consommation de courant, permettant ainsi d'utiliser des câbles d'une longueur approximative de 30 mètres. Ainsi, GigE Vision reste attrayant et une alternative à condisdérer pour l'avenir, malgré son prix plus élevé par comparaison avec USB 3.0.

Sur cet arrière-plan, il convient d'espérer que l'offre de standards de transmission de données restera variée dans le domaine du traitement d'images. D'autre part, avec les standards existants, le secteur de la vision industrielle et de l'imagerie numérique est en bonne voie de faire abstraction des différentes technologies afin de réaliser un standard intertechnologique tel que GenICam. Si l'on observe par exemple le module GenApi de GenICam, il n'est pas utilisé uniquement sur GigE Vision pour lequel il a été développé à l'origine, mais aussi sur FireWire, sur CameraLink, donc un standard qui est déjà sur le marché depuis un certain temps, et sera aussi à l'avenir sur USB3 Vision. C'est pourquoi nous pouvons dire que nous sommes en route vers un standard de transmission de données harmonisées.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui le plus grand fournisseur de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 40.000 applications de part le monde.