Evite errores costosos al seleccionar una interfaz de visión artificial, ahora y en el futuro

Las interfaces de visión artificial desempeñarán un papel importante en las fábricas oscuras, transfiriendo enormes cantidades de datos de imágenes, así como la comunicación de máquina a máquina.

Una interfaz de visión artificial conecta una cámara a una computadora, transfiriendo datos de imágenes para su procesamiento y análisis. Lo que elija afectará su aplicación, las opciones de los componentes de su sistema y sus resultados durante mucho tiempo.

Las interfaces de visión artificial han cambiado drásticamente a lo largo de los años y en el horizonte se vislumbra un futuro radicalmente diferente. Seleccionar la interfaz incorrecta ahora podría dejarle con un sistema de visión costoso que no puede lograr de manera confiable el rendimiento que necesita. Hoy en día existen cinco interfaces principales de visión artificial: Camera Link, GigE Vision, CoaXPress, Camera Link HS y USB3 Vision. 10GigE, que es 10 veces el ancho de banda de GigE Vision, y más recientemente, 5GigE son nuevas interfaces que acaban de surgir. Actualmente se encuentra en desarrollo la versión más nueva de CoaXPress, CXP-12, así como más estándares GigE Vision, 25GigE y 50GigE.

Cada interfaz ofrece ciertas capacidades: GigE Vision ofrece cables de gran longitud a bajo costo; Camera Link es conocido por su confiabilidad e integridad de datos; CoaXPress presenta altas velocidades de transferencia de datos; Camera Link HS tiene un gran ancho de banda y confiabilidad; y USB3 Vision tiene cables de bajo costo y gran ancho de banda.

La selección de una interfaz de visión artificial representa una inversión a largo plazo y siempre es específica de la aplicación. A continuación se incluyen algunas consideraciones que le ayudarán a evitar cometer errores costosos.

La primera consideración, y posiblemente la más importante, es alinear las necesidades y requisitos específicos de su aplicación con las capacidades de las interfaces bajo consideración.

La evolución de las interfaces de visión artificial ha sido impulsada principalmente por una necesidad constante de mayores anchos de banda para admitir sistemas de visión con resoluciones más altas y velocidades de cuadro más rápidas. La resolución, medida en píxeles, y la velocidad, medida en cuadros por segundo, serán consideraciones técnicas primordiales en su proceso de selección.

El ancho de banda esencialmente determina cuántos datos de imágenes se pueden transferir y qué tan rápido sin pérdida de datos. Es de vital importancia elegir una interfaz con suficiente ancho de banda para sus necesidades. Por ejemplo, si la interfaz no es lo suficientemente rápida o amplia para manejar la velocidad de fotogramas y la resolución, la degradación de la señal y los datos puede distorsionar la calidad de la imagen e incluso imposibilitarla. Debe alinear las capacidades de la interfaz con los resultados que desea lograr.

A menudo, una cámara se convierte en el foco inicial de la investigación. Esto puede parecer lógico, pero puede ser un paso en falso costoso. La interfaz debe ser capaz de aprovechar las capacidades técnicas de la cámara, y usted puede elegir una cámara sólo para descubrir que la interfaz no funcionará para usted.

Hoy en día existen cinco interfaces principales de visión artificial.

La interfaz dicta la velocidad de transferencia de datos desde la salida de la cámara a su host y es tan importante como la selección de su cámara. Si está considerando un sensor de última generación y resolución ultraalta, o simplemente sabe que su aplicación requerirá la mayor resolución posible, es especialmente importante adaptarse a estas necesidades técnicas considerando primero una interfaz o no obtendrá los resultados de alta resolución que necesita.

La longitud del cable es otra consideración técnica crucial. Los usuarios de visión artificial suelen desear cables de mayor longitud, pero el ancho de banda de algunas interfaces simplemente no permite cables largos.

USB3 Vision, por ejemplo, es una de las interfaces de visión artificial más populares en EE. UU. Cuenta con un ancho de banda de 350 MB/s, lo suficientemente rápido como para manejar altas velocidades de fotogramas y altas resoluciones para algunas de las cámaras más avanzadas de la actualidad. Los cables USB3 Vision, que se diferencian de los cables USB3 habituales, están disponibles a precios bajos sin necesidad de un costoso frame grabber.

Como todas las interfaces de visión artificial, USB3 Vision tiene una serie de ventajas, pero también algunos inconvenientes según las necesidades de su aplicación.

Los cables GigE son largos, asequibles y fácilmente disponibles, pero menos deterministas.

Los cables tienen una longitud máxima de tres metros. En algunos diseños de planta, la demanda de cables largos no es negociable y, a veces, los sistemas de visión deben protegerse de la maquinaria, lo que dificulta el uso del estándar USB3 Vision en ambos casos. En ocasiones, estos cables también pueden ser sensibles al ruido y las vibraciones, lo que puede hacerlos inadecuados para entornos difíciles. Si bien existen formas técnicas de extender la longitud de estos cables, es extremadamente desafiante y puede no brindar los resultados esperados.

El estándar GigE Vision y el estándar Camera Link se lanzaron casi al mismo tiempo y proporcionan un excelente ejemplo de evaluación de compensaciones. Técnicamente, podrían usarse en la mayoría de las mismas aplicaciones, pero se deben considerar sus diversas compensaciones de rendimiento y costos en algunos escenarios.

GigE es una de las interfaces más populares en EE. UU. y presenta conectores y cables de bajo costo que pueden alcanzar 120 metros de longitud o más. Están disponibles con un ancho de banda de alrededor de 125 MB/s sin necesidad de un capturador de fotogramas. GigE ofrece muchas ventajas, especialmente en términos de bajo coste, pero también tiene desventajas. Es vulnerable a interrupciones de la PC porque la computadora a la que está conectado ejecuta programas en segundo plano, lo que provoca errores en la transferencia de datos. Si bien el software GigE tiene funciones de detección y corrección de errores que lo hacen lo suficientemente confiable para una amplia gama de aplicaciones, sus necesidades particulares pueden exigir algo más determinista.

Los cables USB3 Vision ofrecen un gran ancho de banda a bajo costo, pero con una longitud de cable corta y sensibilidad a la vibración.

Camera Link, por otro lado, es una interfaz altamente determinista. Todas las interfaces pierden algunos datos, pero Camera Link los pierde de una manera muy predecible, lo que la convierte en una interfaz de visión confiable. Pero al igual que GigE Vision, existen ventajas y desventajas al utilizar Camera Link. Principalmente, es el hecho de que los cables son costosos: los volúmenes de producción nunca fueron lo suficientemente altos como para hacer bajar los precios. Además, las interfaces Camera Link requieren un capturador de fotogramas, lo que supone un coste adicional.

Cada interfaz puede ser una gran solución, pero no son intercambiables. Si bien las interfaces de visión artificial mejoran constantemente, es importante evaluar sus ventajas individuales en las versiones actuales para encontrar la mejor interfaz para su aplicación y presupuesto.

Las interfaces de visión emergentes pueden ofrecer la solución adecuada para su aplicación, ya que buscan resolver cualquier problema que haya surgido en estándares de visión anteriores.

10GigE, por ejemplo, es una interfaz relativamente nueva con 10 veces el ancho de banda de GigE normal, pero se siguen aplicando las mismas especificaciones de cable y conectividad. Normalmente, 10GigE se utiliza para aplicaciones de resolución extremadamente alta o alta velocidad, como la realidad virtual (ahora parte de la prueba de concepto en ingeniería de fabricación) o retransmisiones deportivas.

5GigE, que sigue el estándar GigE original, es un desarrollo aún más reciente. A menudo, 10GigE es demasiado ancho de banda para aplicaciones típicas de visión artificial; por eso se creó 5GigE para uso industrial. Con un ancho de banda ligeramente mayor que USB3 y una tarjeta NIC asequible, 5GigE es ahora una de las interfaces de visión artificial de mayor rendimiento.

Los sistemas de visión integrados, en los que las capacidades de captura y procesamiento de imágenes están integradas en un sistema más grande con un propósito diferente, son una tecnología disruptiva con un gran potencial de crecimiento. Estos sistemas necesitan interfaces pequeñas y simples para fines de diseño. Hoy en día, la interfaz MIPI, originalmente pensada para dispositivos móviles, es la interfaz estándar en estos escenarios. Si bien los sistemas integrados son algo nuevos, son los que permiten todo, desde vehículos autónomos hasta realidad aumentada y dispositivos médicos inteligentes, entre otras innumerables tecnologías de vanguardia.

Las interfaces siempre están evolucionando y las soluciones más nuevas tienden a ofrecer nuevas e interesantes posibilidades.

Como se mencionó, invertir en una interfaz de visión artificial tiene implicaciones para el futuro de su sistema. Es importante estar atento a cómo las interfaces impactan el panorama tecnológico para las aplicaciones de visión artificial.

CXP-6 y CXP-12 son la próxima generación de estándares CoaXPress actualmente en desarrollo. Contarán con anchos de banda de 2,5 GB/s y 5 GB/s, respectivamente. También se encuentran en desarrollo los estándares de visión 25GigE y 50GigE que contarán con 3,1 GB/s y 5 GB/s respectivamente. Si bien algunas están más cerca de la realidad que otras, cada una de estas interfaces futuras permitirá un ancho de banda dramáticamente mayor.

Los niveles extremos de ancho de banda cambiarán industrias enteras. Por ejemplo, las fábricas del futuro pueden ser fábricas “oscuras”, sin gente en ellas. Esto puede parecer descabellado, pero actualmente hay fábricas oscuras en desarrollo y hay algunos ejemplos en todo el mundo de granjas que operan con pocos o ningún trabajador humano.

Para una automatización a esta escala, los sistemas de visión deberán permitir la movilidad, la flexibilidad y la toma de decisiones inteligente en tiempo real en un entorno dinámico. Esto requerirá la transferencia y el procesamiento de enormes cantidades de datos de imágenes, incluida la comunicación de máquina a máquina, lo que supondrá una gran responsabilidad para las interfaces de ancho de banda extremadamente alto para transferir toda esta información.

Evitar errores costosos al seleccionar su interfaz de visión artificial comienza con una comprensión clara de las necesidades de su aplicación y los resultados que necesita, no sólo hoy sino a medida que espera que su negocio evolucione. Conozca sus opciones y seleccione la interfaz antes de seleccionar una cámara para que su sistema de visión artificial pueda ofrecer la productividad y la calidad a largo plazo que necesita para seguir siendo competitivo.V&S

Rusty Ponce de León es el presidente de Phase 1 Technology Corp. Para obtener más información, llame al (888) 434-2390 o visite www.phase1vision.com. Para profundizar más en este tema, lea el libro electrónico gratuito de Phase 1 Technology, "Optimización de los sistemas de visión artificial: cómo los cables de visión artificial de alta calidad maximizan el rendimiento de la visión artificial".