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GigE Vision et GenICam : Traitement d’images à un tournant technologique

La nouvelle interface standard GigE Vision (Gigabit-Ethernet for Machine Vision) bientôt utilisée et l'interface logiciel générique GenICam (Generic Interface for Cameras), qui lui est étroitement liée, donneront sous peu, selon de nombreux experts, une impulsion intéressante au secteur du traitement d’images industriel : La branche du traitement d’images est à un tournant technologique important!

Comment les images de la caméra parviennent-elles à l'ordinateur d'évaluation ? En traitement d'images industriel, il existe à présent une multitude de réponses possibles et très controversées à cette question pourtant simple en apparence. On citera des concepts comme « CameraLink », « IEEE 1394 », appelé également « FireWire », avec les versions FireWire A et FireWire B, ainsi que « USB », « USB 2 », « Gigabit Ethernet » ou « 10 Gigabit Ethernet ». Outre ces possibilités de transmission standard généralement issues du marché des ordinateurs grand public, de nombreuses méthodes propriétaires existent. Durant la planification du nouveau système de traitement d'images, sélectionner les composants permettant de résoudre son application au mieux et au meilleur prix n'est donc pas chose aisée pour l'utilisateur étant donné l'ampleur de l'offre sur le marché.

Dans la course à l'interface favorite, un nouveau standard au potentiel énorme va bientôt se placer sur la ligne de départ : le Gigabit Ethernet for Machine Vision, en abrégé « GigE Vision ». Ce standard vise d'une part à définir un protocole homogène basé sur UDP/IP et permettant aux produits de traitement d'images compatibles GigE Vision de communiquer avec un ordinateur hôte. D’autre part, l’interface logicielle GenICam, à laquelle se réfère le standard, se veut une interface universelle permettant aux appareils de communiquer leurs fonctions logicielles génériques au moyen de fichiers XML standard. La combinaison du protocole homogène et de la définition XML permet d'utiliser un logiciel non tributaire des appareils, venant d'un fournisseur quelconque. Ainsi, le matériel de traitement d'images employé devient interchangeable.


D'énormes avantages pour l'utilisateur

Cette nouvelle technique à toute une série d'avantages pour l'utilisateur. L'argument principal a déjà été abordé : grâce au nouveau standard émergent, le matériel utilisé devient interchangeable. Cela promet des cycles de conception raccourcis, des frais de développement réduits et donc de meilleures chances sur le marché.

Bien plus que des interfaces comme FireWire/IEEE1394 ou même USB 2.0, GigE Vision offre en outre les avantages d'un standard industriel constamment perfectionné, disponible à l'avenir également sous la forme de 10 GigE. Utiliser la technologie de masse Ethernet comme base pour GigE Vision permettra au traitement d'images de bénéficier de composants meilleur marché. De plus, une vaste gamme de câbles et connecteurs adaptés aux applications industrielles ainsi que des composants comme les routeurs, les commutateurs, etc. sont déjà disponibles en version IPxx pour cette technologie de sorte que l'utilisation est possible dans un environnement industriel rude.

Qui plus est, avec Gigabit Ethernet - à la différence de FastEthernet - la bande passante des connexions de réseau « normales » suffit à satisfaire aux importants besoins en bande passante de nombreuses applications de traitement d'images. Avec un taux de transfert prévu pour atteindre quelque 100 Mo/s, GigE Vision couvre la majeure partie des applications de traitement d'images courantes.
Autres avantages pour l'utilisateur : un nombre illimité d'appareils peut travailler avec un ordinateur hôte, la télémaintence devient possible et le distributed computing (informatique distribuée) est réalisable beaucoup plus simplement.

En outre, Gigabit Ethernet permet l'emploi de câbles sensiblement plus longs, bon marché et disponibles même pour les chaînes d'entraînement et les robots en raison de leur diffusion à grande échelle. Selon la spécification, jusqu'à 100 mètres sont possibles, chose réalisable uniquement à grands frais avec les autres technologies jusqu'à présent, c'est-à-dire en utilisant des répéteurs pour CameraLink, des concentrateurs multiport (hubs) pour IEEE 1394 ou en passant carrément à un autre matériau comme la fibre optique ou à un câble coaxial. La fibre optique peut également être utilisée pour des distances encore plus grandes. Mais, en transfert de données, c'est loin d'être tout : de prime abord, le moyen de transport sous-jacent ne joue aucun rôle dans la définition du protocole GigE Vision. Par conséquent, rien ne fera obstacle à l'utilisation de 10 GBit Ethernet à l'avenir, lorsque le prix de cette technique sera abordable et/ou que 10 GigE Vision fonctionnera avec des conducteurs en cuivre.

Tous ces avantages portent à croire que GigE Vision pourrait bientôt constituer une solution performante et judicieuse en traitement d'images industriel. Il bénéficie en tout cas du soutien des principaux fournisseurs : l'organisme de standardisation de GigE Vision est rattaché à l'AIA (Automated Imaging Association) ; il est donc soutenu par de nombreux leaders mondiaux du traitement d'images, des sociétés comme Basler Vision Technologies, DALSA, JAI, Matrox, National Instruments, Photonfocus, Pleora Technologies et STEMMER IMAGING.


Une toute nouvelle approche logicielle

Il est logique que l'industrie tente de définir GigE Vision comme un standard propre, l'expérience passée le montre : en effet, un standard a pour objectif de simplifier l'intégration des composants matériels voire de garantir leur interchangeabilité tout en réduisant le temps et les coûts d'intégration. Un premier pas dans cette direction a été fait lors du développement de CameraLink où l'on a défini l'interface matérielle entre la caméra et l'ordinateur hôte. Toutefois, l'aspect logiciel a été quelque peu négligé puisqu'on s'est contenté de définir une communication sérielle sans se préoccuper de la fonctionnalité de la caméra. Pour IEEE1394/FireWire, on a travaillé dans une perspective nettement plus vaste, définissant les fonctions de la caméra dans un modèle de registre plus ou moins rigide. Dans ce cas, cependant, c'est précisément la structure peu flexible du modèle de registre qui s'est révélée problématique. Ce qui fut fatal, toutefois, c'est le fait qu'aucune implémentation de référence n'existait de sorte qu'aujourd'hui chaque fabricant de produits FireWire fournit en principe sa propre trousse de développement logiciel. Pour les clients, les différents matériels IEEE1394 ne sont donc pas facilement interchangeables.

GigE Vision et GenICam poursuivent ici une toute nouvelle approche ayant pour objectif de ne pas codifier les fonctions des caméras. Le standard doit plutôt fournir une description souple des caractéristiques des caméras, exploitable par un logiciel générique (cf. illustration GenICam)


Comment cela fonctionne-​t-il exactement ?

Les caractéristiques de la caméra sont décrites dans un fichier XML, lequel décrit en définitive une register map. Dans ce fichier, les fabricants stockent les fonctionnalités de leur produit dans un format défini par le standard et expliquent comment/où les activer. Un registre contrôlant le gain d'une caméra, par ex., peut se trouver n'importe où dans la register map. Le fichier XML permet ensuite au logiciel d'ajuster le gain.

Activer de quelconques fonctions de la caméra ou accéder à des paramètres à l'aide d'un logiciel générique devient alors chose aisée. D'une part, GenICam est donc chargé de définir le layout des fichiers XML et de l'autre de fournir une implémentation de référence capable de commander la caméra et de recueillir ses données. En plusieurs étapes de développement, GenlCam doit en outre abstraire la couche de communication vers la caméra de sorte que ce standard sera disponible également pour des caméras FireWire ou CameraLink.

A cet effet, les mécanismes nécessaires à la communication avec la caméra sont abstraits et encapsulés dans une couche de communication spéciale appelée transport layer. En échangeant cette couche, il est alors possible de communiquer non seulement avec des composants GigE Vision mais aussi avec IEEE 1394 ou d'autres appareils fonctionnant sur base de registres. L'étape suivante sera d'étendre la fonctionnalité de manière à supporter non seulement l'accès par registre mais aussi l'échange de string tokens, ce qui permettra d'utiliser GenICam avec CameraLink (cf. illustration « Schéma fonctionnel avec transport layer »!).

Derniers pas jusqu'au standard

Le standard de GigE Vision est à présent élaboré depuis environ deux ans. Entre-temps, la spécification dans laquelle le protocole est décrit, a été remaniée point par point. Lors du salon annuel principal du traitement d'images, nommé VISION 2006 (Stuttgart, 7.-9.11.2006), différentes entreprises ont présenté des produits qui correspondent au standard GigE Vision. En parallèle à cela, la définition de la version 1.0 du standard GenICam a également pu être achevée. Les deux approches ont compté parmi les thèmes principaux de la VISION 2006.

STEMMER IMAGING a, dès le début, participé de manière déterminante à la définition des deux standards. Cette avance en matière de savoir a d’ores et déjà été intégrée par l’entreprise de Puchheim dans la version actuelle de sa bibliothèque de traitement d’images Common Vision Blox (CVB). En tant que premier progiciel de traitement de données au monde, CVB correspond déjà aux spécifications de GigE Vision et GenICam et est ainsi parfaitement équipé pour cette nouvelle technologie.

Bilan

Avec GigE Vision et GenICam, deux nouveaux standards intéressants ont été finalisés pour le traitement d’images. En ce qui concerne la définition de GenICam, l’industrie s’est plus que jamais concertée pour créer des standards de logiciel.

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