Frame Grabber für die industrielle Bildverarbeitung
Ein Frame Grabber ist eine Einsteckkarte, die Bilddaten von der Kamera in den Rechner überträgt. Bei GigE Vision und USB3 Vision wird keiner benötigt, bei CoaXPress und Camera Link dagegen zwingend. Er übernimmt zusätzlich die Triggerung, entlastet den Prozessor und sorgt für gleichbleibende Latenz.
Im Sortiment stehen 31 Karten von HikRobot für PCI Express der zweiten und dritten Generation, mit Unterstützung für GigE Vision, CoaXPress, Camera Link und XoFLink. Auf Anfrage liefern wir selbstverständlich auch alle anderen bekannten Marken.
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Produkte im Überblick
Frame Grabber: wann eine Einsteckkarte zwingend ist und wann nicht
Ein Frame Grabber ist eine Einsteckkarte für den PCI-Express-Steckplatz eines Industrierechners. Sie nimmt Bilddaten direkt von der Kamera entgegen, schreibt sie in den Hauptspeicher und verwaltet Trigger- sowie Beleuchtungssignale zeitgenau. Unser Sortiment umfasst 31 Karten, alle von HikRobot.
Die Grundregel: die Schnittstelle entscheidet
Ob Sie einen Frame Grabber brauchen, hängt an der Kameraschnittstelle, nicht an Auflösung oder Bildrate.
GigE Vision und USB3 Vision: kein Frame Grabber nötig. Diese Standards nutzen die im Rechner vorhandene Netzwerk- beziehungsweise USB-Schnittstelle. Flächenkameras mit GigE-Vision- oder USB3-Vision-Anschluss binden Sie ohne Zusatzkarte an.
CoaXPress und Camera Link: Frame Grabber zwingend. Beide übertragen nicht über Netzwerkprotokolle, sondern über Koaxialkabel beziehungsweise MDR-26- oder Mini-Camera Link-Steckverbinder. Ohne passende Karte besteht keine Verbindung, ein Onboard-Aequivalent existiert nicht.
Im Sortiment unterstützen 13 Karten IEEE 802.3, also klassisches Ethernet, 5 CoaXPress 1.0/1.1, 5 GigE Vision V2.0, 3 XoFLink, 2 Camera Link 2.1, je eine GigE Vision, CoaXPress 2.1 und USB 3.0. XoFLink ist dabei eine herstellereigene Hochgeschwindigkeitsschnittstelle von HikRobot. Nach Kameratyp sind 8 Karten für GigE-Industriekameras ausgewiesen, 5 für CoaXPress CXP-6, 3 für 10 GigE und 2 für Camera Link.
Warum trotzdem eine Karte bei GigE Vision
Die 13 Karten mit IEEE 802.3 sind Vision-Netzwerkkarten, keine Frame Grabber im engeren Sinn. Drei Gründe sprechen für eine solche Karte:
Präzise Triggerung. Software-Trigger unterliegen dem Scheduling des Betriebssystems, der Jitter, also die Schwankung der Auslöseverzögerung, liegt je nach Last im Millisekundenbereich. Die Karte erzeugt Trigger in Hardware und synchronisiert Kamera und Beleuchtung ohne Umweg über die CPU. Bei bewegten Teilen entscheidet das über den Bildausschnitt.
Entlastung der CPU. Die Karte schreibt Bilddaten per Direct Memory Access, also ohne Beteiligung des Prozessors, in den Arbeitsspeicher. Bei Standard-Netzwerkkarten belegt der Protokollstack Rechenzeit, die der Bildverarbeitung fehlt.
Deterministische Latenz. Der Abstand zwischen Trigger und verfügbarem Bild bleibt konstant. Für Auswerfer und Weichen zählt Vorhersagbarkeit mehr als ein niedriger Mittelwert mit Ausreißern.
PCIe-Generation und Lanes: die Bandbreitenrechnung
Die Datenrate ergibt sich aus PCIe-Generation und Anzahl der Lanes, also der elektrischen Datenkanäle. Nach PCI-Express-Spezifikation trägt eine Lane in Gen2 rund 500 Megabyte pro Sekunde, in Gen3 rund 985 Megabyte pro Sekunde. Der Schritt von x4 auf x8 verdoppelt die Rate.
| PCIe-Anbindung | Anzahl Karten | Bandbreite in GB/s | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| PCI-E gen2 x4 | 15 | 2,0 | Eine bis zwei Flächenkameras, moderate Bildraten |
| PCI-E gen2 x8 | 6 | 4,0 | Mehrere Kameras je Karte |
| PCI-E gen3 x4 | 6 | 3,9 | Schnelle Einzelkamera, CoaXPress CXP-6 |
| PCI-E gen3 x8 | 3 | 7,9 | Zeilenkameras mit hoher Zeilenfrequenz |
Bruttowerte ohne Protokolloverhead. Angaben zur PC-Anbindung liegen für 30 der 31 Karten vor.
Rechenbeispiel: 5 Megapixel, 8 Bit je Pixel, also Monochrom oder Bayer-Rohdaten, 50 Bilder pro Sekunde. 5 000 000 mal 1 Byte mal 50 ergibt 250 Megabyte pro Sekunde. Gigabit-Ethernet mit brutto rund 125 Megabyte pro Sekunde scheidet damit aus. Vier solche Kameras ergeben 1 Gigabyte pro Sekunde, mit 30 Prozent Reserve 1,3 Gigabyte pro Sekunde. Das liegt innerhalb einer Gen2-x4-Karte, bei acht Kameras planen Sie Gen2 x8 oder Gen3 x4 ein.
Wichtig: Die Bauform des Steckplatzes sagt nichts über die elektrische Belegung. Ein Slot in x16-Bauform kann elektrisch nur x4 führen, eine x8-Karte läuft dort in der Regel, schaltet aber auf x4 herunter. Mechanisch passt sie nur ab x8 Baulänge oder in einen hinten offenen Slot. Prüfen Sie das Mainboard-Handbuch.
Zeilenkameras: der kontinuierliche Datenstrom
Zeilenkameras nehmen eine Bildzeile nach der anderen auf, während sich das Prüfteil bewegt. Das Bild entsteht erst durch Aneinanderreihen der Zeilen im Speicher. Daraus folgen zwei Anforderungen.
Erstens läuft der Datenstrom kontinuierlich, ohne Pause zum Leeren eines Puffers. Bricht die Übertragung für wenige Millisekunden ein, fehlen Zeilen und das Bild ist unbrauchbar. Zweitens muss die Zeilenfrequenz an die Transportgeschwindigkeit gekoppelt sein, sonst wird das Bild gestaucht oder gedehnt. Sie ergibt sich aus Geschwindigkeit geteilt durch die Auflösung in Transportrichtung: bei 1 Meter pro Sekunde und 0,1 Millimeter je Zeile sind das 10 000 Zeilen pro Sekunde. Der Frame Grabber wertet dazu einen Drehgeber am Antrieb aus und löst je Wegimpuls eine Zeile aus, in Hardware und ohne gleichwertige Alternative in Software.
Auswahl in drei Schritten
| Kriterium | Was Sie prüfen | Konsequenz |
|---|---|---|
| Kameratyp | CoaXPress, Camera Link, GigE Vision oder 10 GigE | Bestimmt die Kartenfamilie, über Standardgrenzen hinweg keine Kompatibilität |
| Kameras je Karte | Wie viele Kanäle laufen gleichzeitig mit voller Bildrate | Summe der Datenraten bestimmt die nötige PCIe-Anbindung |
| PCIe-Steckplatz | Lane-Belegung, Bauform, Bauhöhe, freie Nachbarslots | Schließt Karten aus, die im Zielrechner nicht laufen |
Dazu kommen passende Objektive, eine getriggerte Beleuchtung und geeignete Kabel. Bei CoaXPress laufen Daten und Steuerung über dasselbe Koaxialkabel, mit Power over CoaXPress zusätzlich die Stromversorgung. Die zulässige Kabellänge sinkt mit der Datenrate.
Häufige Fragen zu Frame Grabber
Brauche ich für eine GigE-Vision-Kamera einen Frame Grabber?
Technisch nein, GigE Vision läuft über eine Standard-Netzwerkkarte. Eine dedizierte Karte lohnt sich bei hardwarenaher Triggerung, hoher CPU-Last oder Bedarf an deterministischer Latenz. Im Sortiment gibt es 5 Karten für GigE Vision V2.0 und 8 für GigE-Industriekameras.
Wie viele Kameras kann ich an eine Karte anschließen?
Das hängt von der Kanalzahl und der Summe der Datenraten ab. Rechnen Sie je Kamera Auflösung mal Bytes je Pixel mal Bildrate, addieren Sie 30 Prozent Reserve und vergleichen Sie das mit der PCIe-Anbindung. Bei mehreren schnellen Kameras kommen die 6 Karten mit Gen2 x8 oder die 3 mit Gen3 x8 infrage.
Was ist der Unterschied zwischen CoaXPress 1.0/1.1 und 2.1?
Die Version beschreibt den Umfang des Standards, unter anderem die Datenrate je Koaxialkanal. CXP-6 steht für 6,25 Gigabit pro Sekunde je Kanal, Version 2.x ergänzt höhere Stufen und bleibt abwärtskompatibel. Im Sortiment finden Sie 5 Karten mit CoaXPress 1.0/1.1 und eine mit CoaXPress 2.1.
Passt jede Karte in jeden PCIe-Steckplatz?
Mechanisch passt eine x4-Karte in jeden Slot ab x4 Baulänge. Entscheidend ist die elektrische Anbindung, die im Mainboard-Handbuch steht und oft schmaler ausfällt als die Bauform. Prüfen Sie außerdem Bauhöhe und Belüftung, besonders in Schaltschrank-PCs.
Liefern Sie auch Marken außerhalb Ihres Sortiments?
Ja. Im Shop ist unser Standardsortiment gelistet, auf Anfrage liefern wir auch andere Marken und Sonderausführungen.
Wann ist eine Smart-Kamera die bessere Lösung als PC plus Frame Grabber?
Wenn die Auswertung lokal an der Anlage stattfindet und kein Bildarchiv nötig ist. Smart-Kameras und Code-Scanner bringen Auswertung und Schnittstelle mit. Bei hohen Datenraten, Zeilenkameras oder mehreren synchronisierten Kanälen ist PC plus Frame Grabber überlegen. Alle Kameratypen finden Sie unter Vision Kameras und Sensoren.