White Paper: Vorteile von 10-, 25-, 50- und 100-GigE-Kameras für VR-, AR- und MR-Anwendungen

Die Grenze zwischen der realen und der virtuellen Welt verschwimmt immer mehr und schafft so beeindruckende Erlebnisse, die vor nicht allzu langer Zeit nur in fiktiven Werken zu finden waren. Ob durch Virtual Reality, Augmented Reality oder Mixed Reality, Einzelpersonen können die Mauer zwischen Realität und Vorstellungskraft niederreißen.

Für die meisten Menschen scheinen diese Technologien immer noch zu weit in der Zukunft zu liegen, um überhaupt darüber nachzudenken, aber sie gibt es schon seit einigen Jahren mit einer tiefen Geschichte und einer schnellen Entwicklung.

Virtual Reality (VR) gilt als die bekannteste der drei Technologien und lässt Benutzer in eine vollständig virtuelle Umgebung eintauchen, die von einem Computer generiert wird, wodurch die reale Welt vollständig ausgeblendet wird. Mit einem Head-Mounted Display (HMD) oder Headset können Benutzer eine Welt aus Bildern und Tönen erleben, die den Einzelnen glauben machen, er sei Teil dieser Welt. Da VR immer weiter fortgeschritten ist, bietet es sogar die Möglichkeit, Objekte mit speziellen Controllern zu manipulieren und zu bewegen, aber alle Inhalte bleiben computergeneriert.

Obwohl VR in den letzten fünf Jahren explodiert ist, ist es schon viel länger ein Konzept. Bereits in den 1930er Jahren stellten sich Erfinder und Schriftsteller simulierte Umgebungen vor, in denen man der realen Welt durch Maschinen und Kunst entfliehen konnte.

In den 1950er Jahren wurde eine multisensorische Simulation entwickelt, damit Benutzer sich wie „in“ einem Film fühlen. In den 1960er Jahren wurden am Kopf montierte Anzeigegeräte entwickelt, die als Fenster in die virtuelle Welt dienten. Einige erinnern sich vielleicht an den View-Master, der bereits 1939 eingeführt wurde und eine 3-D-Betrachtung mit „Rollen“ ermöglichte, die sieben stereoskopische 3-D-Paare kleiner transparenter Farbfilmfotografien enthielten.

Obwohl etwas weniger vertraut als Virtual Reality, ist Augmented Reality etwas, das Menschen fast täglich betrifft, ohne dass sie es überhaupt merken. Bei Augmented Reality (AR) sehen und interagieren Benutzer mit der realen Welt, während ihr digitale Inhalte hinzugefügt werden. Eines der jüngsten Beispiele für AR ist das Spiel Pokémon GO, bei dem Benutzer in ihrer realen Umgebung nach virtuellen Kreaturen suchen. Dieses Spiel entwickelt sich kontinuierlich weiter und nimmt nun Mixed-Reality-Charakter an.

Von der ersten virtuellen gelben Linienmarkierung in Live-NFL-Spielen über Puck-Tracer im NHL-Hockey bis hin zu Golfball-Tracern auf der PGA-Tour hat AR im Laufe der Jahre einen progressiven Einfluss gehabt. Beginnend in den 1960er und 1970er Jahren entwickelten Erfinder Systeme, die computererzeugte Graphiken anzeigen würden, die der realen Welt überlagert sind und Benutzer in einer interaktiven Umgebung umgeben. Obwohl sich diese Technologie allein in den letzten zehn Jahren drastisch weiterentwickelt hat, wird ihr Wachstum voraussichtlich nur noch anhalten.

Mixed Reality ist wirklich das: die Verschmelzung realer und virtueller Welten, um neue Umgebungen und Visualisierungen zu schaffen, in denen reale und digitale Objekte nebeneinander existieren und in Echtzeit interagieren. Durch die Verwendung eines MR-Headsets zusammen mit Bildgebungs- und Sensortechnologien der nächsten Generation bietet MR die Möglichkeit, mit einer virtuellen Umgebung zu interagieren und gleichzeitig in der realen Welt zu bleiben, wodurch das Reale und das Imaginäre verschmelzen, was eine Erfahrung bietet, die die Art und Weise, wie Menschen arbeiten und spielen, verändern kann heute. Ursprünglich im Jahr 1994 eingeführt, ist MR weit über bloße Displays hinausgegangen und umfasst nun Umgebungseingaben, Raumklang und Standort. Obwohl sich diese Technologie immer noch schnell weiterentwickelt, wird gesagt, dass sie die Art und Weise revolutionieren wird, wie Menschen die Welt sehen und mit ihr interagieren.

VR, AR und MR haben alle ähnliche Herausforderungen. Diese Herausforderungen hängen größtenteils mit der Generierung von 3D-Inhalten zusammen. Sie können für ein optimales Erlebnis eine enge zeitliche Synchronisation zwischen Bildaufnahmen von mehreren Kameraquellen erfordern. Sie können eine hervorragende Bildqualität unter einer Vielzahl von Lichtverhältnissen erfordern. Einige Anwendungen müssen Bilder haben, die eine hohe Auflösung haben und gleichzeitig eine angemessene Bildrate beibehalten. Sie können Kameraeinstellungen haben, die sich über große Bereiche einschließlich Stadien erstrecken, sodass die einfachsten Optionen für die Systeminstallation und -wartung bevorzugt werden. Sie können viel mehr Kameras benötigen, um ein System für ein optimales Erlebnis zu vervollständigen. Schließlich können, wie bei den meisten Anwendungen, die Kosten ein wichtiger Faktor sein.

Die 10-, 25-, 50- und 100-GigE-Kameras von Emergent bieten einige Optionen, um die zeitliche Synchronisation zwischen Kameras genau zu steuern. Emergent verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Synchronisierung von Kameras mit einer Vielzahl von Methoden, einschließlich PTP, Hardware-Triggerung usw., und konnte mit minimalem Aufwand Genauigkeiten im Mikrosekundenbereich demonstrieren.

Aufstrebende Kameras verwenden nur die besten Sensoren von Top-Anbietern wie Sony, Gpixel und AMS, und wir arbeiten hart daran, jede Unze Leistung aus diesen Sensoren herauszuholen, was zu Verbesserungen des Dynamikbereichs führt, der für VR/AR/MR-Anwendungen wichtig ist dass Systeme oft mit wechselnden Lichtverhältnissen zurechtkommen müssen.

Sony-Sensoren reichen derzeit von 0.5 MP bei 1595 fps bis zu 31 MP bei 35 fps. Die Sensoren der 4. Generation von Sony, auch bekannt als Sony Pregius S, reichen von 5 MP bei 269 fps bis 25 MP bei 98 fps. Diese neueren Sensoren kombinieren hohe Auflösung und Bildraten und eignen sich hervorragend für VR-, AR- und MR-Anwendungen. Gpixel-Sensoren reichen derzeit von 5 MP @ 290 fps bis 65 MP @ 35 fps und sind auf dem Vormarsch. AMS hat 50 MP bei 30 fps.

Der Sony IMX253 (12 MP bei 80 fps), IMX535 (12 MP bei 192 fps), IMX532 (16 MP bei 145 fps), IMX531 (20 MP bei 100 fps) und IMX530 (24 MP bei 98 fps) sind derzeit die beliebtesten für VR/AR /MR-Anwendungen.

Die 10-, 25-, 50- und 100-GigE-Kameras von Emergent sind in Verbindung mit Myricoms MVA oder Mellanox' VMA anderen Schnittstellen in jeder technischen Kategorie ebenbürtig oder überlegen, und ihr Preis-Leistungs-Verhältnis ist das Beste. Mit VMA oder MVA werden alle Mängel, die mit 1GigE in Bezug auf CPU-Auslastung, Latenz und Jitter verbunden sind, ausgelöscht. Auch die Akzeptanz in der Industrie ist hervorragend.

Der engste Konkurrent ist hier CXP. Kostengünstige Standard-SFP+ SFP28- und QSFP28-Transceiver schaffen eine praktisch unbegrenzte Verbindungslänge. Im Vergleich dazu erreichen CXP6 und CXP12 72 m bzw. 30 m, können aber mit teuren Glasfaseradaptern noch weiter gehen.

Es ist wichtig, zwischen SFP+/SFP28/QSFP28-Transceivern und CXP- oder CameraLink-Glasfaseradaptern zu unterscheiden. Transceiver sind kostengünstige Massenprodukte, die direkt in die Kamera und die Netzwerkkarte gesteckt werden, während die Glasfaseradapter teure, sperrige externe Hardwareteile sind (oft so groß wie die Kamera selbst oder sogar noch größer), die von sehr wenigen Anbietern hergestellt werden und diese irgendwo dazwischen sitzen die Kamera-CXP- oder CameraLink-Kabel und die Glasfaserverbindung, die interessanterweise die gleichen SFP+-Transceiver verwendet, die Emergent-Kameras direkt in der Kamera verwenden. Und natürlich benötigen Sie an jedem Ende der Verbindung einen Glasfaseradapter, da der Grabber normalerweise dieselbe Schnittstelle wie die Kamera hat.