Les cartes d'acquisition et de traitement d'images - Mesures

G uide d’achatVISION INDUSTRIELLELes cartes d’acquisition etde traitement d’images▼Les cartes d’acquisition et de traitement d’images utilisées en vision industrielle n’ont pas encore dit leur dernier mot. Malgréle développement des capteurs de vision et des caméras intelligentes intégrant toutes les fonctions de traitement, l’offre encartes demeure abondante et variée. D’un modèle à l’autre varient le format, le nombre et le type d’entrées, la fréquenced’échantillonnage ou encore la présence et la taille des mémoires. Pour bien choisir, il faut avant tout considérer le type decaméra qui est raccordée à la carte, et l’application que l’on souhaite réaliser. Le choix d’une carte d’acquisitionet de traitementd’images est avant toutconditionné par le type decaméra qui lui est raccordé. Le marché se caractérisepar une large variété demodèles, qui permettentde répondre aux applicationsles plus difficiles. Pour bien choisir, il fautprendre en compte le formatde la carte, le nombreet le type d’entrées, le débitd’entrée maximum, ainsique les outils embarqués(mémoire et fonctions detraitement)Entre le marché des caméras intelligentes,qui se développe à pas degéant, et celui des petits capteursde vision, qui règnent en maîtresur les applications les plus simples, les cartesd’acquisition et de traitement d’images ontde plus en plus de mal à se frayer un chemin...Pourtant, les avancées techniques quirévolutionnent le marché des caméras serépercutent aussi sur celui des cartes d’acquisitiond’images :En brefles nouveaux standardsde communication,l’accroissementdes résolutionset des cadences dansl’acquisition desimages, les nouveauxbus pour PC…conduisent les fabricantsde cartes à développersans cesse denouvelles fonctionnalitéspour s’adapter àces évolutions.Ainsi, même si lemarché français estrelativement restreint,il se caractérise parune très large variétéNational InstrumentsUne application de vision industrielle est un ensemble constitué d’une caméra,d’un système d’éclairage,d’un logiciel et d’un système detraitement d’images.Ce dernier peut être intégré dans un système de vision autonome,dans une caméra dite “intelligente”,ou encore dansun PC.Il faut alors choisir une carte d’acquisition et de traitement d’images adaptée à son application…48 MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com

Guide d’achatde modèles. Suivant le format, le nombred’entrées, la fréquence d’échantillonnage, ouencore la présence et la taille des mémoires,il y a de quoi répondre à tous types d’applications,y compris les plus exigeantes.Pour bien choisir, rien ne sert d’éplucher lesfiches techniques de chaque modèle : il fautavant tout considérer les caractéristiques de l’applicationque l’on souhaite réaliser. Le choixd’une carte d’acquisition et de traitementd’images est conditionné par les caractéristiquesde la caméra à laquelle elle est raccordée.Dans une application de vision industrielle,tout commence en effet par l’acquisitiond’une image au niveau du capteur CCD (ouCMOS) de la caméra. C’est lui qui convertitl’intensité lumineuse reçue par chaque pixelen une information numérique. Celle-ci estensuite convertie en un signal analogique(dans le cas des caméras analogiques) outransférée telle quelle vers la carte d’acquisitionet de traitement d’images.A l’image des caméras, il existe donc deuxgrands types de cartes : les modèles analogiqueset les modèles numériques. Si les camérasnumériques sont de plus en plus utilisées,les caméras analogiques couvrent encore lamajorité des applications. Il faut direqu’elles sont défendues par unpoids lourd du domaine(Sony), qu’elles sontnettement moinschères que lesmodèles numériques, et quele fossé technique qui les séparaitencore récemment desmodèles numériques se comble peuà peu. Dans les résolutions courantes(de l’ordre de 640x480 pixels), ellesrépondent donc parfaitement au besoin. Restentles applications un peu plus spécifiques,nécessitant de hautes résolutions ou descadences élevées : dans ce cas, le numérique estprivilégié. La qualité, toutefois, dépendra ducapteur utilisé. « Il vaut parfois mieux utiliser unecaméra analogique dotée d’un capteur CCD plutôt qu’unecaméra numérique intégrant un capteur CMOS », indiqueAlain Duflot, directeur technique de Cognex.Au niveau des cartes, c’est la même tendancequi prévaut. « Comme les constructeurs de camérasont une position largement dominante sur le marchéde la vision, l’offre en cartes d’acquisition pour camérasanalogiques reste importante »,indique Jean Feret,responsable de Matrix Vision France. Pour StéphaneLedoux, responsable des applicationsEurope chez Matrox Imaging, « les plus gros volumesde l’analogique sont réalisés dans les applications de vidéosurveillanceet dans les laboratoires de recherche. Néanmoins,leuremploi est tout aussi justifié dans les applicationsde contrôle industriel.Elles sont bien moins sensiblesMESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.comLescartes d’acquisitiond’imagesse différencient notammentpar le format,le nombre d’entréeset le type de composants qu’ellesembarquent (mémoire,processeurs,etc.).Matroxau bruit que par le passé,et elles permettent tout de mêmed’acquérir jusqu’à 30 images par seconde avec des résolutionsallant jusqu’au mégapixel ».Une fois que l’on a choisi une carte analogiqueou numérique, il faut encore déterminerle type d’entrées nécessaires. Là aussi,tout dépend du format de la caméra. Enanalogique, on retrouve les formats “classiques”hérités de la vidéo grand public : lesstandards européens CCIR (pour les camérasmonochromes) et PAL (pour la couleur), ainsique les formats américains RS170 (pour lescaméras monochromes) et NTSC (pour lacouleur).A chacun d’eux correspondent unecertaine vitesse d’acquisition et une certainerésolution. (Le standard CCIR, par exemple,correspond à une acquisition à25 images/seconde pour une résolution de768x576 pixels).Ces standards suffisent aux applications de visionles plus courantes et les plus simples. Pour lesautres cas (applications de mesure dimensionnelle,contrôle d’aspect, inspectionà hautescadences,etc.),on utilisedes cartes offrant des entrées pourles caméras non standards. C’est lecas des entrées pour les caméras à balayage progressif(monochromes ou couleur), que l’onutilise lorsque la scène observée comporte desobjets en mouvement, des entrées pour descaméras entrelacées et à reset asynchrone,ainsi que des entrées pour les signaux couleurY/C (ou S-Vidéo), qui permettent d’acquérirsur deux voies séparées la chrominanceet la luminance.Certaines cartes acceptent ainsi une très largevariété de caméras. La carte mvTitan deMatrix Vision, par exemple, accepte toute caméraanalogique monochrome ou couleur RGB,entrelacée ou progressive, périodique ou àreset asynchrone du marché.Autre exemple,la carte PC2-Vision de Coreco Imaging (représentéen France par Imasys), qui accepte descaméras entrelacées CCIR/RS170 à balayageprogressif jusqu’à 2 000x2 000 pixels enmonochrome, ainsi que des caméras couleurRGB jusqu’à 1 000x1 000 pixels. Onpeut alors lui raccorder deux groupes de troiscaméras monochromes en acquisition simultanéeou 6 en multiplexé, ou 2 RGB en multiplexé...Au niveau des cartes pour les caméras numériques,enrevanche,l’affaire est beaucoup plus “Quel standard pour les*Voir à ce sujet l’articlesimple. Outre les formats traditionnels (LVDS, caméras industrielles”RS422),qui sont de moins en moins utilisés,la dans notre numéro 763quasi-totalité des fabricants propose désormais de mars 2004, page 30,également disponibledes cartes offrant une ou plusieurs interfacessur notre site Internet.Camera Link*. Preuve de la pénétration de cestandard sur le marché de la vision, « Sony,qui nedéfendait jusqu’à présent que le FireWire,a créé l’événementlors du dernier salon Vision en présentant sa première gammede caméras sur Camera Link! », indique M. Feret(Matrix Vision).L’intérêt de ce standard, introduit fin 2000,est qu’il offre un débit théorique très élevé.Suivant qu’il utilise un, deux ou trois composantsChannel Link, il se décline en troisconfigurations :“Base” (avec un débit théoriquemaximal de 2,3 Gbits/s), “Medium”(4,76 Gbits/s) et “Full” (7,14 Gbits/s).Lorsqu’on choisit une carte numériqueCamera Link, il est doncindispensable d’en connaître laconfiguration. Suivant lesmodèles, on trouve en effet lestrois configurations (Base, Mediumet Full), ou seulement une ou deux d’entreelles. Le plus souvent, les cartes offrent deuxentrées Camera Link Base, ou une seuleMedium ou Full.Dans tous les cas, il faut garder à l’esprit quele standard Camera Link, contrairement auFireWire, n’est pas un bus. On ne peutconnecter qu’une seule caméra par interface.Mais si l’on utilise une carte offrant, parexemple, deux entrées indépendantes enparallèle, les débits sont multipliés : au lieud’avoir une entrée à 50 images/s, on peutmonter à 100 images/s…Attention au nombre de décodeursPour choisir une carte d’acquisition, il importeaussi de prendre en compte le nombred’entrées, et en particulier le nombre d’entréesindépendantes. Certaines cartes analogiquesproposent en effet 2, 4, 6, 8 voire16 entrées, mais on ne peut parfois acquérirqu’une seule voie à la fois et l’acquisition del’ensemble des voies doit se faire de manièrecyclique.Autrement dit, on fait du multiplexage.D’autres cartes ne proposeront peutêtreque deux voies d’acquisition, mais ellesseront complètement indépendantes, et l’on49

Guide d’achatCartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiquesFabricant Référence Type Caméras acceptées Nb Fréq.d’éch. Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte (non standards) d’entrées Résolution de embarquée embarqué(indép.) la conversionADLink Angelo PCI, CPCI CCIR, RS170, Pal, NTSC 4 (4) Jusqu’à 120 im/s Non Non Driver Windows XX(Ecrin Systems)de 768x576pixels (8 bits)APIM Informatique Diane PCI Pal, Secam, NTSC, Y/C De 4 à 16 14 MHz Non Compression Kit d’intégration Windows24 bits jpeg Support techniquePegase PCI Pal, Secam, NTSC, Y/C Jusqu’à 6 14 MHz Oui Compression Kit d’intégration Windows24 bits (8 Mo) Mpeg 2 Support techniqueUranie USB2 Pal, Secam, NTSC, Y/C Jusqu’à 3 14 MHz Non Non Kit d’intégration Windows24 bits Support techniqueArvoo Picasso-2SQ PC/104+, CCIR, RS170, Pal, Secam, 4 ou 2 Y/C 13,75 MHz Non Non Driver Windows XX(Ecrin Systems) PCI, CPCI NTSC (1) 8 bits Driver Linux et RT LinuxCompatible LabViewPicasso-3C PC/104+, RGB 2 (6 en 13,75 MHz Non Non Driver Windows XXPCI, CPCI option) 3 x 8 bits Driver Linux et RT Linux(1) Compatible LabViewCognex 8501 PCI CCIR, RS170, Pal, NTSC 4 (1) 33 MHz Non8Mo8504 PCI-X CCIR, RS170, Pal, NTSC 4 (4) 33-66 MHz Non16 MoCoreco Imaging PC2 Vision PCI Caméras RGB 6 N&B 40 MHz Oui Oui Accepte 6 caméras monochromes(Imasys) CCIR, RS170 ou 2 RGB 8 bits (8 Mo) (LUT) ou 2 caméras RGB(progressive scan)Transfert de zone d’intérêtX64 AN PCI 32 bits Caméras anal. simultanées 4 (4) 50 MHz Oui Oui Taux de transfert d’images jusqu’àPCI 64 bits CCIR, RS170 (progr. scan, 8 bits (128 Mo) (LUT) 528 Mo/s, 4 entrées trigger indép.PCI-X N&B jusqu’à 16 384 lignes) isolées. Transfert de zone d’intérêtData Translation DT3162 PCI Tout standard analogique 4 40 MHz Non Non Entrées analog. très polyvalentes,(SAIS) CCIR, Pal, NTSC et signaux (3 sur série 10 bits N&B supportent tous types de signauxissus de microscopes DT313X) analogiquesEdixia Calia PCI CCIR 12 (3) 40 MHz Oui Oui(tous modes déclenchés) 8 bits (32 Mo) FPGAEllips Rio Basic PCI CCIR, NTSC, RS170, Pal, 6 (1) 14,75-7,38 MHz Non Non Capture progr.scan ou entrelacée(Opto Vision) Secam, Y/C 12,27-6,13 MHz Numérisation d’une source couleur24 bits ou de 2 N&B synchroniséesRio Full PCI CCIR, NTSC, Pal, Secam, 6 (1) 14,75-7,38 MHz Non Non Capture progr.scan ou entrelacéeY/C 12,27-6,13 MHz Num. simult. de 2 sources couleur(progressive scan) 24 bits 24 bits ou 4 N&B 8 bitsSantos PCI CCIR, RS170, NTSC, Pal, 8 (2) 14,75/12,27 MHz Oui Non Capture progr.scan ou entrelacéeSecam, Y/C 8-32 bits (127 Mo) Transferts DMA, 25 régions(progressive scan)d’intérêt par caméra, 6 E/SEuresys Picolo PCI, PCI CCIR, EIA, Pal, NTSC De 1 à 16 8 bits Non Non E/S disponibles(Elvitec) 64 bits, (de 1 à 4) FPGA Version avec compression jpegPCI-XDomino PCI, Low CCIR, EIA 1 (1) 40 MHz Oui Non Traitement num. FPGA. E/S, reset,Melody profile PCI (progressif monochrome) 10 bits (16 Mo) FPGA strobe, LUT50MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com

Guide d’achatCartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiquesFabricant Référence Type Caméras acceptées Nb Fréq.d’éch. Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte (non standards) d’entrées Résolution de embarquée embarqué(indép.) la conversionEuresys Domino PCI, CCIR, EIA, RGB 2 (2) 4x40 MHz Oui Non E/S, reset, strobe, LUT(Elvitec) Harmony PCI 64 bits (progressif monochrome ou 4x10 bits (32 Mo) FPGA 1 RGB + 1 Mono en parallèlecouleur RGB)Euresys Picolo PCI Pal, NTSC, Secam, CCIR, 1 (4 ou 33 MHz Différents modèles. Plate-forme(Opto Vision) EIA, Y/C 16 dispo- 32 bits complète de dévt avec nombreuxnibles)logicielsDomino PCI CCIR, RS170 1 HD 15 33 MHz Oui Capture progr.scan ou entrelacée,Melody (progressive scan) 1 RJ45 32 bits (16 Mo) gestion reset asynchr., plate-formecomplète de développementDomino PCI CCIR, RS170 2 HD 15 66 MHz Oui Capture progr.scan ou entrelacée,Harmony (progressive scan) 1 RJ45 64 bits (32 Mo) gestion reset asynchr., plate-formecomplète de développementIDS Falcon Plus PCI Pal, NTSC, Secam 4 (1) 768x576 pixels Non Oui SDK fourni avec driver Linux(Imasys) 12 bits (entrée) existant. Traitement : mise à8 bits (sortie) l’échelle x/y, interpolation tps réelImpex VCE Pro PC Card Tout standard analogique 4 8 bits N&B Non Non Acquisition et affichage à 30 im/s(SAIS) CCIR, Pal, NTSC 32 bits couleur sur port PC Card 32 bitsLeutron Picport Color PCI, CPCI Pal, CCIR, NTSC, EIA 4 ou 20 MHz Non Non(BFI Optilas) PMC Couleur et N&B (jusqu’à3 + 1 Y/C 8 bits2 028 x 2 048 pixels (1)Picport PCI, PMC, Pal, CCIR, NTSC, EIA 8 (2) 30 MHz Non NonMono/stéréo CPCI Couleur et N&B 8 bitsPicProdigy- PCI Pal, CCIR, NTSC, EIA 16 ou 33 MHz 32 Mo OuiColor Couleur et N&B 8 Y/C 8 bits FPGA(4)Matrix Vision mvDelta PCI CCIR, RS170, Pal, NTSC 4 (1) 12,5 et Non Non Drivers Windows et Linux14,8 MHz Compatible avec DirectShow sous(8 bits) Windows et V4L sous LinuxmvGammaG PCI N&B matriciel (tte caméra 4 (1) 40 MHz (8 bits) Oui Non Drivers Windows et Linuxanal. entrelacée ou progressive, ou 30 MHz (8 Mo)périodique ou reset asynchrone)(10 bits)mvTitan PCI N&B/RGB (tte caméra N&B 4 (1) 8 bits ou Oui Oui Drivers Windows et Linuxou RGB entrelacée ou progr., 3x8 bits (8 à 32 Mo)périodique ou reset asynchrone)Matrox Imaging Solios XA PCI-X CCIR, RS170, Pal, NTSC, 4 (4) 65 MHz Oui Option Bibliothèque de traitementRGB 10 bits (64 Mo) FPGA d’images Matrox Imaging LibraryMatriciel et linéaire(MIL)Morphis PCI NTSC, Pal, RS170 et CCIR 16 (2 à 4) 8 bits Oui Option 2 versions : 2 ou 4 décodeursPCI-X (2x16 Mo) Codec Bibliothèque de traitementjpg 2000 Matrox Imaging LibraryMatrox Helios XA PCI-X Monochromes ou RGB 4 (4) 160 MHz Oui Oui Logiciel gratuit associé Mil-Lite(i2S) CCIR, RS170 8 ou 10 bits (128 Mo) (FPGA) OS : Windows 2000/XP. Option :(tout format vidéo composite)biblio. de traitement d’images MilSolios XA PCI-X Monochromes ou RGB 4 (4) 65 MHz Oui Oui Logiciel gratuit associé Mil-LiteCCIR, RS170 8 ou 10 bits (64 Mo) (FPGA OS : Windows 2000/XP. Option :(Tout format vidéo composite) en option) biblio. de traitement d’images MilMeteor-II PCI, CPCI Monochrome ou couleur 12 8 bits (N&B) Oui Non Logiciel gratuit associé Mil-LitePC/104+ NTSC, Pal, RS170, CCIR, (ou 6 Y/C) 24 bits (couleur) (4 Mo) OS : Windows 98/Me/NT/2000Y/Cet XP. Option : bibliothèque MilMESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com51

Guide d’achatpourra acquérir simultanément les signauxprovenant des deux caméras.Entre ces deux situations, une seule différence: le nombre de décodeurs vidéo (autrementdit de convertisseurs analogique/numérique)embarqués sur la carte. Lorsque la carten’embarque qu’un seul convertisseur, lessignaux sont acquis de manière multiplexée.Il faut alors s’assurer de la qualité du multiplexage(et notamment de la valeur du tempsde bascule maximal entre chaque caméra).Mais lorsqu’il est nécessaire d’acquérir simultanémentplusieurs signaux sur la même carted’acquisition (c’est le cas par exemple lorsqu’onutilise des caméras RGB ou Y/C, ouencore lorsqu’on doit acquérir simultanémentdifférentes vues d’une même scène), ilfaut autant de décodeurs vidéo que de voiesd’entrée…Ensuite, il y a une alternative. Pour avoir plusieursdécodeurs, on peut soit utiliser plusieurscartes dotées d’un seul décodeur, soitune seule carte dotée de plusieurs décodeurs.Entre les deux solutions, chaque fournisseur,ou presque, a sa réponse. « Nous conseillons d’utiliserplusieurs cartes dotées chacune d’un seul convertisseur,indique M. Feret (Matrix Vision). Sinon l’architectureest relativement complexe et la carte est plus chère ».Pour M. Duflot (Cognex), au contraire, « si l’onutilise quatre cartes dotées d’un seul convertisseur, onmonopolise déjà 4 slots PCI sur la carte mère uniquementpour l’acquisition des images. De plus, une carte àquatre convertisseurs est nettement moins chère que quatrecartes dotées d’un seul convertisseur ».Autre critère à prendre en compte, le débitmaximum du flux de données que peut supporterla carte. Pour cela, il faut considérerla fréquence d’échantillonnage (dans le casdes cartes analogiques) ou le débit d’entréemaximum (pour les cartes numériques).Au niveau de la fréquence d’échantillonnage,il n’y a pas de surprise. La plupart descartes du marché offrent une fréquence allantjusqu’à 30 ou 40 MHz. « Peu de cartes vont au-delàde 40 MHz. Il faut dire qu’une telle fréquence d’échantillonnagesuffit à acquérir les images de toutes les camérasanalogiques du marché! », indique M. Feret(Matrix Vision). Mais l’on trouve aussi des fréquencesde l’ordre de 66, 110, voire160 MHz. « Les cartes à 65-66 MHz correspondentà des caméras de 1 000x1 000 pixels que l’on trouvaitpar le passé en analogique,mais qui sont aujourd’hui disponiblesen numérique, précise M. Feret.Quant auxcartes entre 110 et 160 MHz, elles sont utilisées lorsqu’ona besoin de renumériser un signal vidéo (pourreprendre les informations affichées sur un écran dans uneapplication de supervision,par exemple) ».Cartes d’acquisition et de traitement pour caméras analogiquesFabricant Référence Type Caméras acceptées Nb Fréq.d’éch. Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte (non standards) d’entrées Résolution de embarquée embarqué(indép.) la conversionNational Instruments NI 1405 PCI RS170, CCIR, NTSC, Pal 1 8 bits Oui ROI progr. Config. interactive. 1 ligne d’E/S(16 Mo) et décima- num. pour déclenchements. DrivertionNi-Imaq compatible LabView.NI 1409 PCI ou RS170, CCIR, NTSC, Pal 4 (1) 2 à 40 MHz Oui ROI progr. Taille des fenêtres d’acq. illimitée, 4PXI (Balayage linéaire ou à fréq. 8 ou 10 bits (16 Mo) et LUT lignes d’E/S pour déclenchements etvariable de 2 à 40 MHz)4 sorties pour contrôle de la caméra.NI 1411 PCI ou RS170, CCIR, NTSC, Pal, 1 12,27 et Oui ROI progr. Config. interactive, conversion dePXI Y/C 14,75 MHz (16 Mo) décimation couleurs HSL en tps réel. 1 ligne8 bits et LUT d’E/S num. pour déclenchementsPleora PT1000 Giga- CCIR, EIA, Pal, NTSC 2 (1) 8 bits Oui Non 0 % CPU pour l’acquisition et(Elvitec) ANL-1-2-E Ethernet (16 Mo) FPGA l’affichage des images. Jusqu’à100 m du PC en point à point.PT1000 Giga- CCIR, EIA, Pal, NTSC 6 (1) 10 bits Oui Non 0 % CPU pour l’acq. et l’affichage.ANL-1-6-E Ethernet (progressif 640x480 pixels, (16 Mo) FPGA RS232, E/S TTL, E/S optocouplées,30 images/s) timer progr. Jusqu’à 100 m du PCPT1000 Giga- CCIR, EIA, Pal, NTSC 6 (2) 10 bits Oui Non 0 % CPU pour l’acq. et l’affichage.ANL-2-6-E Ethernet (progressif 640x480 pixels, (16 Mo) FPGA RS232, E/S TTL, E/S optocouplées,30 images/s) timer progr. Jusqu’à 100 m du PCScion Corporation LG3 PCI Tout standard analogique 4 15 MHz Non Non Compatible Windows, Mac(SAIS) CCIR, Pal, NTSC 8 bits N&B, Supportée par Image J24 bits couleurSecad IPCI+ PCI Toutes caméras analogiques 4 (4) 50 MHz Oui OptionCCIR, Pal, NTSC, RS170 8 bits (16 Mo) FPGAImacad Rack CCIR 2 (2) 27,5 MHz Oui Oui8 bits (2 Mo) RISCQuad 120 PCI Toutes caméras analogiques 4 (4) 50 MHz Oui Oui Traitement temps réel pour suivi desCCIR 120 im/s 8 bits FPGA cibles à 120 images/s sur 4 camérassimultanées52MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com

Guide d’achatCartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériquesFabricant Référence Type Standards Entrées num.* Débit Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte acceptés (entrées d’entrée embarquée embarquéindépendantes) maximumArvoo Picasso- PCI, Camera Link, 1 ou 2 80 Mo/s Non Non Driver Windows XX(Ecrin Systems) Digital CPCI LVDS, RS422 (1 ou 2) Driver Linux et RT LinuxLeonardo CL PCI 64 Camera Link 1 ou 2 170 Mo/s Oui OuiCPCI 64 (1 ou 2) (1Go max FCPGAPMC 64 DIMM) Processeur MIPSBitflow CL R 64 PCI 64 Camera Link 2 De 395 à Non Décodage Supporte tous types de caméras Camera Link(SAIS) bits, PCI 1 024 Mo/s couleur Bayer Haut débit en PCI 64 bits/66 MHz et PCIExpress sur FPGA ExpressCognex 8100D PCI De 1 à 3 40 Mo/s Oui Non(de 1 à 3)(8 Mo)Coreco Imaging Séries X64 PCI 32 Camera Link 1 CL Base, 528 Mo/s Oui Oui (LUT, 2 triggers, 2 ports RS232C, 36 bits RGB, 8 à(Imasys) CL PCI 64 matricielle Medium, Full (32 Mo àautomatic 64 bits/pixel, régions d’intérêt (ROI)PCI-X linéaire ou 2 CL Base 2 Go) transfert DTE)PCcamlink PCI Camera Link 1 CL pour 120 Mo/s Oui Oui (LUT, 8 E/S TTL, RS232C, CL 62,5 MHzcaméra linéaire (16 Mo) conversion 4:2:2 régions d’intérêtet matricielleformatage, etc.)X64LVDS PCI 32 LVDS, 528 Mo/s Oui Oui (LUT Horloge pixel 75 MHz, longueur ligne de 1 àPCI 64 RS422, matr. (32 Mo à Automatic 256k, triggerPCI-X et linéaire 2 Go) transfert DTE)Data Translation DT 3145 PCI Camera Link 1 100 Mo/s Non Non Une entrée CL single Tap. Support logiciel(SAIS)étenduEdixia Calia/CL PCI Camera Link 3 (3) 180 Mo/s Oui Oui(32 Mo) FPGAEpix PIXCI PCI Camera Link 2 CL Base ou 1 66 MHz Oui Non(BFI Optilas) CL3SD matr., linéaire Medium-Full (4 Go)N&B/couleurEuresys Grablink Desktop Camera Link, 1 CL 60 MHz Oui Gestion reset asynchrone, configuration(Opto Vision) Value PCI, RS232 (8 Mo) série Camera Link comme un port COMCPCIsupplémentaireGrablink Desktop Camera Link 2 CL 66 MHz Oui Gestion reset asynchrone, configurationExpert 2 PCI RS232 (16 Mo) série Camera Link comme un port COMCPCIsupplémentaireSérie Multi PCI 16 et Camera Link, 2 CL 40 MHz 0,16 ou 32 Mo 0, 1 ou 2 DSP Acquisition de 2 caméras en parallèle,32 bits RS422 suivant suivant modèles option DSP pour capture rapide d’images,LVDS modèles transfert tps réel vers PCEuresys Grablink PCI, Camera Link 1 (1) 60 MHz Oui Non E/S, reset, strobe(Elvitec) Value CPCI Base (8 Mo)Grablink PCI, Camera Link 2 CL Base 66 MHz Oui Non E/S, reset, strobeexpert PCI-64, ou 1 Medium (16 Mo)CPCIQuick Pack PCI, Camera Link 1 (1) 50 MHz Oui Oui E/S, correction d’uniformité,Colorscan PCI-64, Base FPGA équilibrage des blancs, etc.CPCI (linéaire)*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com53

Guide d’achatLe débit d’entrée maximum des cartes numériquesest davantage sujet à controverses. Parabus de langage,certaines documentations parlentde “fréquence d’échantillonnage”(mêmesi cette notion n’a de sens qu’avec un signald’entrée analogique), et l’expriment en MHz.D’autres l’expriment en Mo/s, voire enpixels/s… Mais pour que ces valeurs soientcomparables, encore faut-il savoir combien debits sont transférés à chaque coup d’horloge.Si1 pixel est codé sur 8 bits,on peut utiliser indifféremmentles deux unités (Mo/s ou MHz).Mais si un pixel est codé sur 32 bits,soit 4 octets,un débit d’entrée de 40 MHz équivaut à rentrer4x40=160 Mo de données par seconde…Pour éviter les erreurs de lecture ou les interprétationshâtives,mieux vaut donc se penchersur le détail du calcul.Rappelons pour cela quele débit d’entrée maximal de la carte n’est autreque le produit de la résolution, du nombred’images par seconde et du nombre d’octetssur lequel est codé le pixel. La carte 8100D deCognex, par exemple, permet d’acquérir(1 280x1 024 pixels)x(30 images/s)x(1 octet)=39 Mo/s, ou 39 MHz (puisqu’un pixel estcodé sur 8 bits).Au niveau des cartes numériques, on trouvecouramment des débits d’entrée de l’ordre de40, 66, et même 85 MHz sur 8 bits, autrementdit 680 Mo/s (la bande passante duCamera Link).Quant à la résolution, la majorité des convertisseurscode le signal sur 8 bits (soit256 niveaux de gris) ou plus rarement sur10 bits dans les applications monochromes, etsur 16 ou 32 bits dans les applications couleur.Le format, la mémoireet les traitements intégrésLe flux d’entrée venant des caméras conditionneaussi le choix du format de la carte.Si le bus PCI prédomine largement, certainsCartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériquesFabricant Référence Type Standards Entrées num.* Débit Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte acceptés (entrées d’entrée embarquée embarquéindépendantes) maximumImpex FrameLink PC Card Camera Link 1 65 Mo/s Non Non Supporte toutes les caméras numériques 1, 2(SAIS) 32 bits Tap, fréq. d’acq. élevée, carte pournotebook au format PCMCIALeutron Picport- PCI, Camera Link 2 CL Base ou 1 85 MHz 48 Mo Oui(BFI Optilas) Pro CL PMC matr., linéaire CL Medium-FullMono/stéréoN&B/couleurPicport PCI, RS422, 2 LVDS 8 bits 48 MHz Non Oui (sur FPGA)Digital CPCI, RS644 16 bits 24 MHzPMCMatrix Vision mvGamma PCI Camera Link Base et Medium 80 Mo/s Oui Non Drivers Windows et linuxCL (1) (8 Mo)mvTitan PCI RS422 et 32 bits ou Base 80 Mo/s Oui Oui Drivers Windows et linuxCamera Link et Medium (1) (8 à 32 Mo)Matrox Imaging Solios XCL PCI-X Camera Link 2 CL Base 66 MHz Oui Option Bibliothèque de traitement d’imagesou 1 CL single- (64 Mo) FPGA Matrox Imaging Library (MIL)MediumHelios XCL PCI-X Camera Link 2 CL Base 85 MHz Oui Oui Prochainement disponible : LVDS/RS422ou 1 CL single- (128 Mo) Asic 64 bits. Bibliothèque de traitementFulld’images MILOdyssey XCL PCI-X Camera Link 2 CL Base 85 MHz Oui Oui Existe avec 1 Go de Ram, et enou 1 single-Full (256 Mo) Asic Power PC G4 LVDS/RS422 64 bitsBibliothèque MILMatrox Odyssey PCI-X Camera Link 2 CL Base 680 Mo/s Oui Oui OS : Windows 2000/XP, Linux, QNX(i2S) XCL linéaire ou ou 1 CL Base, (256 Mo) G4 PowerPC et Neutrino. Bibl. de trait. d’imagesmatriciel Medium ou Full Asic personnalisé MILSolios XCL PCI-X Camera Link 2 CL Base 66 Mo/s Oui Oui Logiciel gratuit associé : MIL-Litelinéaire ou ou 1 CL Base ou (64 Mo) FPGA OS : Windows 2000/XP. En option :matriciel Medium biblio. de traitement d’images MILMeteor II/ PCI Camera Link 2 CL Base 50 MHz Oui Oui Logiciel gratuit associé : MIL-LiteCamera Link N&B ou ou 1 CL Base ou (32 Mo) LUT OS : Windows NT/2000/XP et QNXRGB Medium Neutrino. En option : biblio MIL*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”54MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com

Guide d’achatfournisseurs de cartes numériques profitentdu débit du PCI-X, et même du PCI Express,dont la vitesse de transfert représente environquatre fois celle du PCI classique, pourrépondre aux applications les plus exigeantesSi le bus PCI prédomine largement,certainsfournisseurs decartes d’acquisition d’images profitentdu débit du PCI-X,voiremême du PCI Express,pourrépondre aux applications les plusexigeantes.C’est le cas parexemple de National Instruments,qui a présenté en octobre dernierl’une des premières cartes d’acquisitiond’images PCI Express dumarché.(acquisition synchronisée d’images, analysede défauts, suivi de mouvements complexes,etc.). C’est le cas par exemple de Bitflow oude National Instruments. La carte PCIe-1429,annoncée par ce dernier en octobre 2004,permet ainsi d’acquérir des images sur toutela bande passante du Camera Link (soit680 Mo/s)… En analogique, par contre, lavitesse d’acquisition des caméras n’est pasassez élevée pour justifier le passage du PCIau PCI-X, ou au PCI Express.Autre critère de choix, la présence et la tailled’une mémoire. Il y a quelques années, ilétait impossible de faire circuler les images entemps réel dans le bus du PC. La mémoireembarquée, qui jouait le rôle de tampon,était alors indispensable. Aujourd’hui, lesbandes passantes des bus actuels n’en justifientplus autant l’intérêt, et l’on pourrait trèsbien transférer directement le signal dans lamémoire du PC. Mais si le bus PCI estencombré ou utilisé par d’autres applications,il risque d’y avoir un goulot d’étranglementet une perte d’informations. Pourpallier cet inconvénient, une mémoire estsouvent nécessaire. « Notre carte Solios XA, parCartes d’acquisition et de traitement pour caméras numériquesFabricant Référence Type Standards Entrées num.* Débit Mémoire Traitement Observations(Représentant) de carte acceptés (entrées d’entrée embarquée embarquéindépendantes) maximumNational Instruments NI 1422 PCI ou RS422, 1 (10 à 16 bits) 80 Mo/s Oui ROI progr. Config.interactive, 4 lignes d’E/S num. pourPXI LVDS, ou 2 (sur 8 bits) (32 Mo) et LUT les déclenchements, interface RS232, drivercaméras lin.NI-Imaq compatible LabVIewNI 1428 PCI ou Camera Link 1 200 Mo/s Oui ROI progr. Config.interactive, 4 lignes d’E/S num. pourPXI (16 ou et LUT les déclenchements, sorties en train32 Mo) d’impulsions, driver NI-ImaqPCIe-1429 PCI Camera Link 2 680 Mo/s Non ROI progr. Config.interactive, 1 lignes d’E/S num. pourExpress et LUT déclenchements, sorties en traind’impulsions, 8 E/S TTL, 6 E/S num.Pleora PT1000-CL-E Giga- Camera Link 1 (1) 66 MHz Oui Non 1 % CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,(Elvitec) Ethernet Base (16 Mo) E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.Jusqu’à 100 m du PC en point à point.PT2000-CL-E Giga- Camera Link 2 (2) 66 MHz Oui Non 1% CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,Ethernet CL Dual Base (16 Mo) E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.ou MediumJusqu’à 100 m du PC en point à pointPT1000-LV-E Giga- LVDS ou 1(1) 66 MHz Oui Non 1 % CPU pour l’acq. et l’affichage. RS232,Ethernet RS422 (16 Mo) E/S TTL, E/S optocouplées, timer progr.Jusqu’à 100 m du PC en point à point.Secad IPCI PCI RS422, 1 30 MHz Oui Option DSPLVDSImacad Rack RS422 2 (2) 27,5 MHz Oui Oui(2 Mo) RISCFrelon-PCI PCI 64 Module CL 1 (fibre optique) 2,5 Gbauds Oui Option FPGA et Flux de données numériques transféré au PCbits, 66 Full / fibre (32 Mo) PowerPC 603 par fibre optique. Module de conversionMHz opt.en dévt CL/Fibre optique en développement*Dans tout le tableau, CL signifie “Camera Link”MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com55

Guide d’achatPetit glossaire du traitement d’images*➜ CCD (Charged Coupled Device) : capteurqui transforme l’intensité lumineuse reçuepar chaque pixel en signaux électriques pareffet photoélectrique.➜ CCIR (Comité Consultatif Internationaldes Radiocommunications) : nom donné austandard européen de vidéo noir et blanc.➜ Chrominance (C) : composante du signalvidéo contenant spécifiquement l’informationde couleur (indépendamment de l’intensitélumineuse).➜ Codec : composant utilisé pour la compressionet la décompression de donnéesvidéo ou audio.➜ Composite : signal de vidéo analogiquedans lequel la luminance et la chrominancesont combinées (par opposition au signal S-Vidéo).➜ JPEG (Joint Photographic Experts Group) :standard de compression des images fixescomplémentaire au MJPEG, sa déclinaisonpour les images animées, couramment utilisépour compresser la vidéo analogique.➜ LVDS (Low Voltage DifferentialSignaling) : mode classique de transmissiondes données numériques nécessitant d’utiliserune paire de câbles par bit de données.➜ Luminance (Y) : composante du signalvidéo contenant spécifiquement l’informationd’intensité lumineuse (indépendammentde la couleur).➜ MPEG (Motion Picture Experts Group) :Standard de compression audio et vidéoconçu par le comité international homonyme.Parmi les versions les plus utilisées, leMPEG 2, utilisé par exemple dans les DVDvidéo et certaines cartes d’acquisitiond’images, ou le MPEG 3, utilisé pour la compressionde fichiers audio.➜ Multiplexage : regroupement sur unevoie unique de signaux ou d’informationsissus de plusieurs voies.➜ NTSC (National Television StandardsCommitee) : nom du comité qui a donné sonnom au système de télévision couleur utiliséentre autres aux Etats-Unis. Sa version noiret blanc est l’EIA (Electronic Industries Association)➜ PAL (Phase Alternate Line) : standardeuropéen de vidéo couleur.➜ Pixel (contraction de “picture element”) :nom du plus petit élément d’une image. Larésolution d’une caméra s’exprime ennombre de pixels (largeur x hauteur)➜ Secam (Séquentiel couleur avec mémoire): standard européen de vidéo couleurproche du PAL (mais dont la chrominanceest modulée en FM).➜ S-Vidéo (ou Y/C) : se dit d’une liaison oud’un connecteur dans lequel les informationsde luminance (Y) et de chrominance(C) sont transmises séparément, ce qui permetd’éviter le codage NTSC, Pal ou Secam.*Vous pourrez retrouver ces définitions, et biend’autres encore, sur notre site Internetwww.mesures.com, rubrique “glossaire”exemple, offre une fréquence d’échantillonnage de65 MHz et une mémoire de 64 Mo.On peut donc stockerdans la carte une seconde d’image, et s’affranchirainsi des éventuels problèmes d’encombrement du busPCI », indique M. Ledoux (Matrox Imaging).« La taille de la mémoire doit être au minimum égaleau double de la taille de la plus grande image que l’onpeut acquérir avec la carte », précise M. Feret(Matrix Vision).Techniquement, il n’y a biensûr pas de limite dans l’intégration d’unemémoire de grande capacité. Tout n’estensuite qu’un compromis avec d’autres critères(tels que le coût de la carte).Autre critère de choix, les fonctions de traitementqui sont embarquées dans la carte. Làaussi, deux options se dessinent. Soit le busest utilisé pour transférer en temps réel toutesles images et les traiter directement dans leprocesseur du PC, soit l’on utilise des cartesembarquant un prétraitement.Comme la mémoire, le traitement embarquéne se justifie plus autant que par le passé,mais on trouve encore un certain nombrede cartes intégrant des DSP, des FPGA, desLUT… voire même des processeurs de typePowerPC. C’est le cas par exemple de la carteOdyssey XCL de Matrox Imaging, qui intègreun microprocesseur Motorola G4 PowerPCcadencé à 600 MHz. «Toute la bibliothèque de traitementd’images peut ainsi être embarquée sur la carte, cequi permet d’y accéder plus rapidement,sans délai d’exécution», indique M. Ledoux (Matrox Imaging). Il ya aussi une question de pérennité de l’application.«Toutes les fonctions de traitement que l’on embarquesur la carte sont autant d’outils pérennes pour les mois àvenir, poursuit M. Ledoux. Si tout est dans le PC,onrisque d’avoir à requalifier régulièrement tout le système ».Quelle que soit l’option choisie, le type detraitement embarqué dévoile toujours la stratégiedu fournisseur. « Cela permet de savoir à quiil s’adresse, indique M. Feret (Matrix Vision). Lescartes avec FPGA, par exemple, ne sont programmablesque par des spécialistes, alors que le processeur est programmablepar le client final ».Certaines cartes intègrent aussi des fonctionnalitésplus spécifiques : des outils decompression/décompression (en jpeg2000ou Mpeg2) pour faciliter l’archivage desdonnées, la fonction “watchdog” (chiende garde) pour reprendre la main automatiquementlors d’un échec de l’application,la programmation de régions d’intérêt(ROI) pour ne transférer vers lamémoire du PC que la partie utile de l’imageen délimitant une zone sur la fenêtred’acquisition, etc.Une carte, enfin, ne se choisit pas seule. Ilfaut aussi prendre en compte la qualité despilotes, la bibliothèque de traitementd’images et les interfaces de développementqui sont proposés avec la carte. Rienne sert en effet d’avoir les outils de traitementles plus élaborés sur la carte si le piloteassocié ne permet pas de les exploiter…Quel avenir pour les cartes ?Malgré la richesse de l’offre en cartes d’acquisitiond’images et leurs perpétuelles évolutions,l’avenir de ce marché suscite toutesles interrogations. Devant la progression descaméras intelligentes, certains fournisseursn’hésitent plus à le qualifier de “moribond”.D’autres, plus mesurés, parlent d’un marché“complémentaire” qui répond à ses propresbesoins, et qui ne peut ni s’effacer ni se substituerà celui des caméras intelligentes. PourAlain Duflot (Cognex), « il est certain que le fossétechnologique qui séparait les systèmes de vision autonomesdes systèmes sur base PC se réduit de plus enplus. Avec nos systèmes In-Sight, par exemple, nouspouvons désormais répondre à près de 90 % des applicationsde vision industrielle,contre près de 40 % il ya trois ans.Mais tout dépend du marché qui est adressé.Si la quasi-totalité des clients finaux bascule versles caméras intelligentes,les intégrateurs et OEM restentfidèles aux systèmes sur base PC,soit parce qu’ils leurpermettent d’apporter leur plus-value,soit parce qu’ilspeuvent alors répondre à toutes les applications,y comprisles plus exigeantes ». Pour M. Ledoux (MatroxImaging), « tout dépend de l’application que l’on souhaiteréaliser. Si l’on utilise cinq caméras intelligenteset qu’on a besoin de synchroniser toutes les acquisitionsà l’aide d’un PC, autant acheter cinq camérastoutes simples et réaliser le traitement dans le PC! Il ya aussi une question de coût.Quatre caméras simples etune carte d’acquisition d’images coûtent moins cherque quatre caméras intelligentes. Enfin, une caméraintelligente ne peut pas tout faire! Il y a toujours desapplications complexes ou très gourmandes en puissancede calcul, et pour lesquelles un système sur basePC sera toujours plus adapté ». Alors, marchémoribond ou marché complémentaire ?L’avenir nous le dira…Marie-Line Zani56MESURES 771 - JANVIER 2005 - www.mesures.com