Neue Kamera/Framegrabber-Kombination streamt Daten doppelt so schnell wie vorhandene Technologie

Product / 03.2019


Eine neue Generation von Kameras und Framegrabbern mit noch nie da gewesenem Streamingdatendurchsatz bietet wesentliche Verbesserungen bei medizinischen Diagnosen und Fertigungskontrollen sowie vielen weiteren Anwendungen. Im Beispiel der Fluoreszenz-Durchflusszytometrie, einem Mikrofluidik-basierten Diagnoseverfahren, werden Zellen durch Visualisierung eines sehr hohen Durchflusses einzelner Zellen aus dem Blut eines Patienten diagnostiziert. Auf diese Weise können Krebszellen und andere Zellen erkannt werden, die in so geringen Konzentrationen vorkommen, dass sie wahrscheinlich bei kleinen Proben oder weniger geeigneten Labormethoden nicht erkannt würden. Höhere Datendurchsatzraten und höhere Auflösung bei Bildverarbeitungssystemen ermöglichen die Erkennung minimalster Defekte bei Elektronikprodukten mit höheren Geschwindigkeiten als mit vorhandener Technologie.




 

Kamerahersteller haben große Fortschritte bei der Verbesserung der Sensorbildqualität und direkten Datenübertragungsgeschwindigkeiten gemacht, sodass Bilder mit unübertroffenen Auflösungen und Datenraten gestreamt werden können. Die Phantom S990 von Vision Research streamt beispielsweise Bilder mit 9 Megapixel (4K) mit bis zu 938 Frames pro Sekunde (fps), was eine Datenrate von nahezu 9 Gigapixel pro Sekunde ergibt. Diese Durchsatzrate war zuvor nur zum Speichern auf der Kamera und anschließenden Downloads und Analysen verfügbar. Aber Forscher und Techniker von heute müssen die Möglichkeit haben, Daten in Echtzeit zu erfassen, anzuzeigen und zu analysieren, sodass sie umgehend zum Lösen von realen Problem eingesetzt werden können.

Der bisherige Ansatz, Daten mit diesen hohen Geschwindigkeitsraten zu erfassen, war die Verwendung von vier CoaXPress 6,25 Gigabit (CXP-6) Framegrabbern, um die Daten auf 16 CXP-6-Standardkanälen mit jeweils 6,25 Gigabits pro Sekunde über einzelne 75-Ohm-Koaxialkabel zu streamen. CXP ist die vorherrschende Hochgeschwindigkeitsschnittstelle für Machine-Vision-Kameras und Framegrabber, die von über 50 Anbietern unterstützt wird. Der CXP-Standard ist skalierbar, sodass mehrere Kabel zur Erweiterung der Bandbreite in Schritten von 6,25 Gbit/s pro Kanal verwendet werden können. 

Die Herausforderung dabei ist, dass mit den leistungsstärksten bis dato auf dem Markt angebotenen Framegrabbern nicht mehr als vier CXP-6-Kanäle möglich waren. Für die volle Geschwindigkeit mit 9 Gigapixel pro Sekunde der Phantom S990 sind jedoch 16 CXP-6-Kanäle erforderlich. Nur wenige Computer haben die vier PCIe-Steckplätze, die für diese Karten erforderlich sind, insbesondere, wenn man berücksichtigt, dass für diese Art von Anwendung häufig eine Grafikkarte benötigt wird. Darüber hinaus erhöht der Bedarf an vier Framegrabbern die Kosten der Anwendung.

Coaxlink Octo

Euresys hat auf diese Herausforderung mit dem Coaxlink Octo geantwortet, der acht CXP-6-Anschlüsse für eine Kamerabandbreite von insgesamt 5.000 MB/s bietet. Dieser Framegrabber bietet die höchste Datenerfassungsrate der Branche, doppelt so hoch wie die zuvor schnellsten Framegrabber.



























Für Digitalkameras mit höchster Geschwindigkeit sind nur zwei der neuen Coaxlink Octo-Framegrabber erforderlich – und diese Anzahl an PCIe-Steckplätzen ist für die meisten Computer kein Problem. Die neuen 8-Kanal-Framegrabber kosten in der Regel 35 % weniger anstelle von zwei 4-Kanal-Framegrabbern.

 

Kamera Phantom S990

Die Kamera Phantom S990 gibt Daten über vier Reihen mit jeweils vier Ports aus. Jede Reihe streamt die Daten für zwei Zeilen des Bildes. Sie bewegen sich dabei schrittweise am Bildsensor nach unten, um das gesamte Bild zu streamen. Der Framegrabber Coaxlink Octo erfasst dabei die Ausgaben und rekonstruiert die Vollbilder. Die Bildrekonstruktion erfolgt dabei vollständig mit der Hardware über den direkten Speicherzugriff (DMA), sodass keine CPU-Zeit in Anspruch genommen wird. Euresys bietet Beispielprogramme für spezielle Kameras wie die Phantom S990. Diese können Benutzer als Ausgangspunkt zur Unterstützung beliebiger Highspeed-Kameras verwenden.


Debugging-Tool Memento



Der Framegrabber Coaxlink Octo umfasst auch das Debugging-Tool Memento, das genaue Protokolle der Ereignisse im Zusammenhang mit Kamera, Framegrabber, Treiber und Anwendung aufzeichnet. Memento bietet ein genaues Protokoll von zeitgestempelten Ereignissen für alle Streamingdaten mit Kontextinformationen und einer Logikanalysatoransicht. Das Tool bietet eine Genauigkeit von nahezu 1 Millisekunde, wodurch es ideal zur Behebung von Timing-Fehlern wie der Identifizierung von Problemen bei Kabeln, Auslösung und Puffer geeignet ist.
Der Coaxlink-Treiber ist 100 % mit dem GenICam-Standard kompatibel und kann somit mit beliebigen Framegrabbern ausgeführt werden, die dem Standard entsprechen.

Eine Beispielanwendung für die neue Kamera/Framegrabber-Kombination: Die geringe Empfindlichkeit von konventionellen Labortests für zirkulierende Tumorzellen (CTC) in Blutproben führt häufig dazu, dass diese die CTCs nicht erkennen, da sich in der Blutprobe nur ca. 1 CTC unter 109 Blutzellen befindet. In einigen Fällen metastasiert der Krebs vor der Erkennung so weit, dass er unbehandelbar ist. Mit der Durchflusszytometrie können CTCs durch die Analyse der Bilder der einzelnen Blutzellen des Patienten bei wesentlich geringeren Konzentrationen erkannt werden. Auf diese Weise kann die Durchflusszytometrie seltene Formen der Leukämie, Plattenepithelkarzinome, Melanome und Brustkrebs erkennen, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, den Krebs zu erkennen, solange er noch behandelbar ist.

Die Kombination der Phantom S990 mit dem Coaxlink Octo-Framegrabber liefert unübertroffene Ergebnisse bei der Durchflusszytometrie und vielen anderen Anwendungen. Es besteht die Möglichkeit, Tests in der Hälfte der mit den aktuell verfügbaren Kameras und Framegrabbern erforderlichen Zeit durchzuführen, was den Komfort des Patienten erhöht und gleichzeitig die Kosten der Untersuchung reduziert. Unterm Strich kann die neue Kamera/Framegrabber-Kombination Bildverarbeitungsdaten mit dem doppelten Durchsatz wie derzeitige Technologie streamen, was für eine breite Palette an Bildverarbeitungssystemen enorme Vorteile bringt.



 

Author:
Dr. Paulo Possa
Hardware Engineer