Industriekameras

Industriekameras sind ein Schlüsselelement von Bildverarbeitungssystemen. Kamerasysteme basieren auf einem CMOS-Imager, einem SoC oder FPGA und verschiedenen Schnittstellen zur Bildübertragung. Jede dieser Funktionen erfordert ein robustes Zeitmessgerät – eines, das zuverlässig mit der erforderlichen Frequenz und in rauen Industrieumgebungen arbeiten kann. SiTime MEMS-basierte Timing-Lösungen bieten die nötigen Frequenzen und Funktionen sowie die Robustheit, um eine Reihe dynamischer Bedingungen zu überstehen.

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Industriekameras sind ein Schlüsselelement von Bildverarbeitungssystemen. Zu den typischen Anwendungen gehören automatische bildbasierte Inspektion, Prozesssteuerung, Roboterführung, Überwachung, Mikroskopie, Bewegungsanalyse, Kartierung, Digitalisierung von Dokumenten sowie medizinische Bildgebung. Von Kameras erfasste Daten werden in der Regel von einem Computer verarbeitet, mit oder ohne künstliche Intelligenz.

Kamerasysteme basieren auf einem CMOS-Imager, einem verarbeitenden SoC oder FPGA und Schnittstellen zur Übertragung von Bildern an die „Außenwelt“. Je nach Anwendung werden Imager mit unterschiedlichen Auflösungen und Bildraten gewählt. CMOS-Bildsensoren gibt es in verschiedenen Größen. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Sensorgröße, desto besser sind der Dynamikbereich und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).

Ein SoC oder FPGA verarbeitet die vom Bildsensor gesammelten Daten. Eine typische Verarbeitung umfasst die Erstellung nutzbarer Standbilder oder eines Videostreams aus den Rohdaten des Sensors und deren Komprimierung für die Übertragung. Fortgeschrittenere Verarbeitungen wie die Mustererkennung können entweder in der Kamera oder in einem zentralen Computer durchgeführt werden.

Es gibt verschiedene Schnittstellen zum Anschluss von Kameras an andere Elemente eines Bildverarbeitungssystems. Am gebräuchlichsten sind Ethernet, USB, GMSL (analoge Geräte), V3-Link und FPD-Link (Texas Instruments). Auch WLAN oder proprietäre Funkschnittstellen können genutzt werden.

Typische CMOS-Imager erfordern einen festen Frequenztakt zwischen 6 MHz und 72 MHz. Generell gilt: Je höher die Sensordatenrate, desto höher die Taktfrequenz. Die Datenrate hängt im Wesentlichen von drei Merkmalen ab:

• Auflösung, abhängig von der Sensorgröße (von 5 x 4 mm bis 54 x 40 mm) und dem Pixelabstand
• Bilder pro Sekunde
• Bits pro Pixel

Als digitale Geräte können SoCs und FPGAs problemlos mit einem Single-Ended-Oszillator im 10- bis 40-MHz-Bereich wie dem SiT1603 getaktet werden. Ein optionaler 32,768-kHz-Oszillator kann hinzugefügt werden, wenn eine Echtzeituhr-Zeitmessung erforderlich ist. Ein stromsparender Oszillator wie der SiT1811, der nur 6 μA verbraucht, ermöglicht eine genaue Zeitmessung im Standby-Modus.

Die Schnittstellentaktung hängt vom Chipsatz ab; Im Algemeinen:

• Ethernet mit Single-Ended 25 MHz
• USB mit Single-Ended 48 MHz oder Differential 100 MHz
• GMSL mit einem Single-Ended-Takt mit einer Frequenz von beispielsweise 25 MHz
• V3-Link und FPD-Link mit einer Single-Ended-Frequenz im Bereich von 25 MHz bis 100 MHz

SiTime-Vorteile

• Bis zu 2x bessere Stabilität, 10x geringerer Jitter als Oszillatoren auf Quarzbasis
• Bis zu 50-mal bessere Immunität gegen elektromagnetische Störungen als Quarzoszillatoren
• Funktionen zur EMI-Reduzierung
• 30x bessere Stoß- und Vibrationsfestigkeit
• Werkseitig auf jede beliebige Frequenz programmierbar
• Breiter Betriebstemperaturbereich (-40 °C bis 105 °C)
• Branchenführende kleine Gehäusegrößen bis zu 1,5 x 0,8 mm CSP