Bestandsaufnahme

Warum Framegrabber immer noch gebaut werden

In Zeiten, in denen Kamerahersteller von Massenmärkten sprechen, in denen nur Framegrabber-lose Standards eine Rolle spielen, und bereits Consumer-Schnittstellen für den Kameramarkt Bandbreiten in Gigabyte-Dimensionen anbieten, fragt man sich schon zuweilen, wer und wo die Absatzmärkte für Framegrabber heute noch sind.
Mit Framegrabbern wird sicherlich kein Massenmarkt bedient, aber ein wichtiger Spitzenmarkt, der auch die Technologie sichert, die Bildverarbeitung verwendet. Aber reichen diese Nischenmärkte für die Hersteller aus? In erster Konsequenz hat sich der Anbietermarkt für Framegrabber in den letzten zehn Jahren stark konsolidiert. Neben Akquisitionen und Insolvenzen gab es eine Reihe von Firmen, die ihre Geschäftsidee, durchaus erfolgreich neu ausrichteten. Seit wenigen Jahren gibt es wieder Neugründungen von Framegrabber-Firmen, was durchaus für unbesetzte Nischen spricht.

Welche Technologien brauchen Framegrabber?

In den vergangenen Jahren sind für die Framegrabber keine Schnittstellen weggefallen, jedoch neue hinzugekommen. Camera Link (CL) erfreut sich immer noch eines regen Interesses, insbesondere durch Auffrischung der Produktserien einiger Framegrabber-Hersteller. Somit wird sogar in alte Technologie investiert, um ihre Attraktivität weiterhin hochzuhalten. Mit CoaXPress (CXP) hat sich inzwischen ein Hochgeschwindigkeitsstandard etabliert, der über eine gute Auswahl bei den Einzelkomponenten verfügt. Interessant ist hierbei, dass sich die Breite der standardisierten Leistungsklassen inzwischen auch im Markt wiederfindet. Auch wird über Erweiterungen der heutigen Leistungsgrenzen mit Einführung der 12,5GHz-Technologie ernsthaft diskutiert. Eigentlich machte seinerzeit der Camera Link High Speed (CLHS) Standard alles richtig: er bot allen interessierten Herstellern einen Funktions-Core für einen geringen Aufmerksamkeitsbetrag an. Dennoch ist es dem Standard nicht gelungen, die Breite von CoaXPress zu erreichen. Zu ähnlich erscheinen die Standards, dass Hersteller die doppelte Entwicklungsinvestition eingehen wollen. Diese drei digitalen Standards benötigen zwingend einen Framegrabber. Weitere Standards wie Firewire, USB2, USB3 Vision (U3V) und GigE Vision können dagegen auf integrierte Schnittstellen im PC zugreifen. Aber auch hier gibt es Gründe, weshalb Framegrabber eine Rolle spielen können. Darüber hinaus es gibt den Markt der individuellen OEM-Lösungen. Diese Kunden benötigen entweder durch ihre besonderen Anforderungen eine Speziallösung oder lassen sich über die Projektgröße einen auf das jeweilige System optimierten Framegrabber in hoher Stückzahl bauen.

Wo werden Framegrabber gebraucht?

Der Bedarf in den hochdynamischen Märkten Halbleiter, Elektronik, Flat Panel Display, TFT, Solar und weiteren Industrien, entsteht vor allem in Asien und auch in Israel. Diese Anwendungen und Industrien treiben auch indirekt die neuen Entwicklungen und Standards. Aber schon heute zeigt sich eine Lücke zwischen der Bandbreite der Sensorenentwicklung und den verfügbaren Standards. Für die Kunden gibt es kaum Alternativen zu den Kombinationen aus Hochgeschwindigkeitskamera und -framegrabber. Time-to-market für die asiatischen Hauptmärkte ist dabei eine technologische Anforderung an die Framegrabber-Hersteller. Beobachtet man den Markt der verfügbaren Produkte, z.B. bei CXP, wurden die Hochgeschwindigkeitsprodukte, die die maximal spezifizierte Bandbreite von 25GB/s (4×62,5GHz) erreichten, als erstes veröffentlicht. In der nächsten Generation folgen nun auch die langsameren, ein- und zweikanaligen Varianten. Hier kommen nun auch verstärkt die europäischen und amerikanischen Märkte hinzu, die für ihre Systeme eine Balance aus Entwicklungs- und Komponentenkosten für die internationalen Märkte finden müssen. Bei den niedrigeren Geschwindigkeiten kommt es sofort zu Überschneidungen der Standards im Bandbreitenbereich. Dort spielen dann auch die Framegrabber-losen Kameralösungen wieder eine Rolle.

Was leistet ein Framegrabber?

Das Konzept eines Framegrabbers ist durch die Anforderungen, die er erfüllen muss, komplex. Es fängt bei der Spannungsversorgung der Kameras an, geht weiter über den sicheren Einzug (auch über mehrere Kameras) ohne Bildverlust mit variablen Synchronisierungsmöglichkeiten, und dies teilweise verbunden mit Bildrekonstruktionen auf Paketen oder für die Farbdarstellung. Die Signalverarbeitung bei Zeilenkameras fordert unterschiedlichste Zeitabhängigkeiten zwischen den Peripheriegeräten. Der Datentransfer über große Distanzen und weniger gute Kabel muss über intelligente Algorithmik und elektronische Verstärkung gesichert werden. Eine breite Anzahl von aktuellen Betriebssystemen muss unterstützt werden, die Last der Treiber sollte dabei gegen null gehen und das SDK muss einfach verständlich, aber leistungsstark sein. Eine nicht zu unterschätzende Eigenschaft der Framegrabber ist sein Determinismus in der Datenannahme, -verarbeitung und dem -transfer. Doch die Liste ist weitaus länger. Standards, die eine Kamera-Framegrabber-Verbindung vorsehen, haben viele Aspekte im Vorhinein bedacht und wurden für die Anforderungen in der Bildverarbeitung zugeschnitten. Sogar spezielle Funktionen, wie die optische Bildübertragung, Hochgeschwindigkeitsrückkanäle oder auch Datenweitergabe und -bündelung wurden in den Spezifikationen aufgenommen. Viele Standards, die auf PC-Schnittstellen aufbauen und keinen Framegrabber erwarten, mussten überarbeitet, optimiert und erweitert werden. Framegrabber-Lösungen, die in diesem Bereich (z.B. GigE Vision) dennoch angeboten werden, haben für viele Kunden erst die notwendige Professionalität ihrer Anwendungen garantiert. Erfahrungen haben gerade im Bereich der Multikamera-Anwendungen bei GigE Vision gezeigt, dass Systembelastungen, Transfersicherheit und schwer einzuschätzende Verhalten einer NIC-Karte auch heute noch starke Argumente für den Einsatz einer spezialisierten Framegrabber-Karte sind. Blicken wir in angrenzende Bereiche der Bildverarbeitung, z.B. die Automation, finden sich dort harte Anforderungen an eine Echtzeitfähigkeit in dem gesamten Bildverarbeitungsprozess, die einen Framegrabber einfordern. Der letzte Bereich der OEM-Kunden fasst als ‚best of both worlds‘ die Anforderungen der obigen Punkte zusammen. Eigentlich Framegrabber-lose Standards bekommen professionelle, industrielle Features, bestehende Framegrabber-Standards werden als Spezifikationsmix um fehlende Features erweitert. In einem großen Nahrungsmittelprojekt werden z.B. mehrere GigE Vision Kameras mit CompactPCI-Framegrabber verbunden. Zum einen baut das System auf die große Anzahl und Erfahrungswerte der GigE Vision Kameras auf, zum anderen erhält das System ein hartes Echtzeitverhalten mit variabler Signalverarbeitung.

Die Legende von den hohen Systemkosten

Gerne werden die Kostenreduzierungen durch die Einsparungen des Framegrabbers ins Feld geführt. Gerade bei dem Ansatz, ein System von der Kamera aus zu konzeptionieren, ist dieser Schritt schnell vollzogen. In Kundengesprächen wurde uns meistens die späte Erkenntnis erst in einer der letzten Phasen, wie die verlorene Zeit und späte Markteinführung, Vermeidung komplizierter Wartungen als die schmerzlichsten Punkte offenbart. Die Zusatzkosten wurden uns – vielleicht auch der Situation geschuldet – nicht als wichtigster Punkt genannt.