Whitepaper: Vorteile von 10GigE- und 25GigE-Kameras für Sporttechnologieanwendungen
EINFÜHRUNG
Die Technologie im Sport wird weitgehend von der Wirtschaft vorangetrieben. Ein einziger verpasster Anruf kann leicht einen Verlust in Millionenhöhe bedeuten. Die meisten Eigentümer und Teammitglieder möchten bei einem „Anruf“ auf der Gewinnerseite stehen, aber die meisten akzeptieren Technologie als die unparteiischste und fairste Methode, um den Ausgang eines bestimmten Spiels zu bestimmen. Unterhaltung war jedoch auch ein großer treibender Faktor und ein früher Einflussfaktor.
EINE KURZE GESCHICHTE
Viele sehen die erste große Technologie im Sport in der Verwendung des Fotofinishs in Rennanwendungen. Pferderennen verwendeten in den 1930er Jahren zum ersten Mal filmbasierte Streifenkameras für solche Zwecke, und die Übernahme in andere Rennsportarten war stetig.
Später die Verwendung von Radar zur Verfolgung der Ballgeschwindigkeit im Baseball in den 1960er Jahren. Die gleiche Technologie wurde viel später für die Verfolgung der Aufschlaggeschwindigkeit im Tennis übernommen. Diese Anwendungen waren eher auf Unterhaltungswert ausgerichtet.
In den 1980er Jahren wurde im Tennis erstmals ein auf Lichtstrahlen basierendes Computersystem namens Cyclops als elektronischer Linienrichter eingesetzt, gegen den selbst Größen wie John McEnroe wenig zu streiten hatten. Erst zu Beginn des 21. Jahrhunderts spielten digitale Videokameras bei solchen Bemühungen eine Rolle, und dies war ein großer Wendepunkt, der viele Türen in allen Bereichen des Sports und seines Unterhaltungsgegenstücks öffnete.
Unter Verwendung mehrerer Kameras mit enger Synchronisation verwendeten die Pioniere auf diesem Gebiet Triangulationsmethoden, um die Szene virtuell in vollständigem 3D zu rekonstruieren. Dies bildete später die Grundlage für volumetrische Erfassungsanwendungen wie Virtual, Mixed und Augmented Reality – es scheint, dass die Grenze zwischen Sport und solchen Anwendungen ziemlich grau wird. Bei solchen 3D-Inhalten bleibt der Fantasie wenig Raum und praktisch kein Grund zur Beanstandung.
Neben der automatisierten Amtsführung ist die Leistungsanalyse zu einer wichtigen Anwendung dieser Technologie geworden. Die Spielerverfolgung während der Spiele sowie während des Trainings wertet das Produkt, das auf dem Spielfeld eingesetzt wird, erheblich auf. Während des Baseballtrainings können Pitcher-, Batter- und Ballbewegungen vollständig in 3D erfasst und umfassend analysiert werden, um Arbeitsformeln für den Erfolg auf dem Spielfeld zu bestimmen, sogar bis hin zur Erkennung des Spins bei einem Wechsel von 90 Meilen pro Stunde mit Mikrosekundengenauigkeit. Leistung auf dem Spielfeld wie Positionsverfolgung, Spielergeschwindigkeit, Schussgeschwindigkeit usw. sind jetzt alle ein Standardbestandteil des Spiels.
Wie wir in einigen NBA- und NFL-Sendungen gesehen haben, wenden einige die gleiche Technologie zu reinen Unterhaltungszwecken an, z. B. um es den Benutzern zu ermöglichen, sich vollständig um Objekte auf dem Spielfeld zu drehen, um ein Erlebnis der halbvirtuellen Realität zu erzielen. Es handelt sich im Wesentlichen um dieselbe Technologie, und die folgenden Absätze zeigen, warum Emergent Vision Technologies Inc Marktführer in solchen Bereichen ist.
HERAUSFORDERUNGEN
Die Herausforderungen liegen größtenteils in der Generierung präziser 3D-Inhalte. Sie können für optimale Genauigkeit eine enge Mikrosekunden-Timing-Synchronisierung zwischen Bilderfassungen 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 optimale Genauigkeit zu vervollständigen. Schließlich können, wie bei den meisten Anwendungen, die Kosten ein wichtiger Faktor sein.
WIE 10GIGE- UND 25GIGE-KAMERAS DIESE PROBLEME BEHEBEN KÖNNEN
Timing-Synchronisation
Aufstrebende 10GigE- und 25GigE-Kameras bieten einige Optionen, um die Zeitsynchronisierung 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.
Image Quality
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 Sportanwendungen in diesen Systemen oft wichtig ist um mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen umzugehen.
Große Auswahl an Auflösungen und Bildraten
Sony-Sensoren reichen derzeit von 0.5 MP bei 1595 fps bis zu 31 MP bei 35 fps und sie kommen sehr oft mit Sensoren mit höherer Auflösung und höherer Bildrate heraus. Gpixel-Sensoren reichen derzeit von 5 MP @ 290 fps bis 65 MP @ 71 fps und sind auf dem Vormarsch. AMS hat die 50 MP bei 30 fps.
Der Sony IMX253 (12 MP bei 80 fps) und der Sony IMX255 (9 MP bei 110 fps) sind derzeit die beliebtesten für Sportanwendungen, aber Sensoren mit höherer Auflösung wie der Sony IMX342 (31 MP bei 35 fps), Gpixel GMAX0505 (25 MP bei 75 fps) und der AMS CMV50000 (50MP @ 30fps) bekommen jetzt etwas Zugkraft.
Emergent hat gerade auch sechs neue Kameramodelle herausgebracht, die Sensoren der 4. Generation von Sony verwenden, die von 5 MP bis 25 MP mit Bildraten von 269 fps bzw. 98 fps reichen. Die zugehörigen Sensoren sind: IMX530, IMX531, IMX532, IMX535, IMX536, IMX537. Für die höchste Geschwindigkeit verwenden diese Sensoren das SLVS-EC mit der höchsten Geschwindigkeit bei 5 GHz, und Emergent ist das erste Unternehmen, das diese bahnbrechenden Sensoren vollständig unterstützt.
Und natürlich erfordern eine höhere Bildrate und Auflösung eine Schnittstelle mit höherer Bandbreite, um diese Leistung für unbegrenzte Aufnahmezeiten aufrechtzuerhalten, und Emergent ist auch mit der preisgekrönten Unterstützung für 10GigE- und 25GigE-Kameraschnittstellen der neuesten Generation dabei.
SMPTE ST 2110-Konformität
Broadcast-Anwendungen stellen auf Ethernet-basierte Technologien um, um die alternden, begrenzten und weniger kosteneffektiven SDI-Technologien zu ersetzen. Die Konformität mit SMPTE ST 2110 ist ein zusätzlicher Vorteil, um Kameras in neue oder bestehende Infrastrukturen einzufügen.
Vergleich von 10GigE und 25GigE mit anderen Hochgeschwindigkeitsschnittstellen
Aufstrebende 10GigE- und 25GigE-Kameras, gekoppelt mit MVA von CSPI Myricom oder VMA/Rivermax von Mellanox, sind anderen Schnittstellen in jeder technischen Kategorie ebenbürtig oder überlegen, und ihr Preis-Leistungs-Verhältnis ist das Beste. Mit VMA/Rivermax 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.
Verkabelungsoptionen
Der engste Konkurrent ist hier CXP. Kostengünstige Standard-SFP+- und SFP28-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-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 CXP- oder CameraLink-Kabel der Kamera und die Glasfaserverbindung, die interessanterweise die gleichen SFP+-Transceiver verwendet, die Emergent direkt in der Kamera einsetzt. Und natürlich benötigen Sie an jedem Ende der Verbindung einen Glasfaseradapter, da der Grabber normalerweise dieselbe Schnittstelle wie die Kamera hat.
Anwendungen für Zeilenkameras
Wie in der Einleitung besprochen, wurden Streifenkameras auf Filmbasis in der Vergangenheit für Fotofinish-Rennanwendungen eingesetzt. Die äquivalente Kamera in der heutigen Zeit ist oft eine Zeilenkamera wie die LR-8KG und LB-8KG von Emergent. Die Kamera ist vertikal ausgerichtet und scannt präzise und kontinuierlich die Ziellinie. Bewegte Objekte werden gescannt, wenn sie die Ziellinie überqueren, und statische Aspekte der Szene bleiben unverändert.
Netzwerk-Switches
Netzwerk-Switches spielen in robusten Installationen eine größere Rolle, als manche denken würden, und die Kosten für solche Geräte in Multikamera-Setups gelten als niedrig und sinken aufgrund des branchenübergreifenden Einsatzes. Es gibt drei Hauptgründe, warum Schalter eingesetzt werden können:
PTP-Verteilung
Hier kann eine einzige hochgenaue PTP-Grandmaster-Clock einfach auf alle Geräte verteilt werden, die über den Switch verbunden sind.
Kamera/Geräte-Multiplexing
10x 10GigE-Kameras wie die HR-12000-SC könnten auf eine einzelne 100GigE-Verbindung zurück zu einem Server mit einer 100GigE-NIC mit einem Port gemultiplext werden. Dies ist für einige Systeme erforderlich, die Server mit begrenzten PCIe-Steckplätzen verwenden, in denen sich die NICs befinden. Bedenken Sie, dass bei einer Anwendung mit 10 Kameras pro PC dafür 5x Dual-Port-10GigE-NICs erforderlich wären, was die Serverkosten aufgrund der höheren Steckplatzanzahl zusätzlich zu den zusätzlichen Kosten der 5x Dual-10G-NICs gegenüber 1x Single-100G-NIC erhöht. Und beachten Sie, dass eine 100G-NIC von Emergent auch die gleichen Leistungsvorteile wie oben erwähnt bietet, die die beste ihrer Klasse ist.
Redundanz
Berücksichtigen Sie bei den Multiplexing-Punkten, dass ein schneller Wechsel zu einem ähnlichen redundanten Server praktisch keine Ausfallzeit ermöglicht, wenn ein einzelner Server mit einer 100G-NIC nicht verfügbar ist. Bedenken Sie auch, dass die Ausführung von Redundanz mit weniger Hochgeschwindigkeitsverbindungen wie 0x 1G vs. 100x 10G viel weniger Switch-Ports erfordert.
Kosteneffizient
Darauf läuft es oft hinaus, und wir laden Kunden ein, ihre kompletten Systemangebote von unseren Mitbewerbern einzuholen und unbedingt die technische Due Diligence durchzuführen und dann alle Ergebnisse zu vergleichen, bevor sie sich auf eine Lösung festlegen. Dies gilt sowohl für Wettbewerber, die ihre teuren CXP-Waren vorantreiben, als auch für Wettbewerber, die 10GigE- oder andere Ethernet-basierte Kameras anbieten, da es nicht nur um die Technologie geht, sondern auch um die Qualität der Implementierung und des Supports. Es ist erwähnenswert, dass die meisten, wenn nicht alle konkurrierenden 10GigE-Technologien unter Leistungsproblemen leiden, die die Anzahl der Kameras pro PC begrenzen, was sich erheblich auf die Kosten auswirkt.
Wenn Sie Vergleichsangebote einholen, stellen Sie abschließend sicher, dass 10GigE entweder mit CXP6 x1/x2 oder CXP12 x1 verglichen wird und dass 25GigE entweder mit CXP6 x4 oder CXP12 x2 verglichen wird.
Außerdem sollte man verstehen, wie viele Kamerakanäle pro PCIe-Steckplatz Sie in Ihrem Framegrabber im Vergleich zu unseren NICs erhalten. Wir bieten 2x 25GigE-Portkarten an, was einer CXP6 x8-Karte oder einer CXP12 x4-Karte entspricht, vorausgesetzt, die CXP-Karte unterstützt unabhängige Kamerakanäle. Beachten Sie auch, dass wir, wie oben erwähnt, die Unterstützung einer einzelnen 100G-NIC anbieten, die 5x Dual-Port-10G-Karten mit Multiplexing-Switches ersetzen könnte, um die Kanaldichte zu verbessern.
Verstehen Sie schließlich Ihre Verkabelungsoptionen, insbesondere die Beschränkungen der Kabellänge, da diese zu erheblichen Mehrkosten führen können, wenn CXP-Glasfaserkonverter benötigt werden.
Was ist der Gesamtvorteil der Verwendung von 10-GigE- und 25-GigE-Kameras für meine Sportanwendung?
- Ultrahohe Daten-/Bildraten
- Viele Zubehör- und Verkabelungsoptionen zur Abdeckung jeder Länge
- Unterstützung von Kameranetzwerken und genaue Synchronisierungsmethoden für mehrere Kameras, einschließlich PTP-Unterstützung
- Multicast-Videotechnologie
- Geringer CPU-Overhead, geringe Latenz, geringer Jitter mit Myricoms MVA und Mellanox' VMA
- Höchste Kameraanzahl pro PC-Leistung
- Sehr wettbewerbsfähiges Preis-Leistungs-Verhältnis
- Branchenakzeptanz durch IEEE- und AIA-Standardisierung
Kameraempfehlungen
Emergent Vision Technologies hat zahlreiche Kameraoptionen für Ihre Sportanwendungsanforderungen, aber die folgenden waren Arbeitspferde für diese Anwendungen:
HR-8000-S 10GigE-Kamera
8 MP bei 110 fps, SFP+-Verkabelung mit Transceivern, Sony IMX255 Gen2 Sensor.
HR-12000-S 10GigE-Kamera
12 MP bei 80 fps, SFP+-Verkabelung mit Transceivern, Sony IMX253 Gen2 Sensor.
HB-7000-S 25GigE-Kamera
7MP @ 210fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, Sony IMX420 Gen3 Sensor.
HB-25000-G 25GigE-Kamera
25MP @ 75fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, GPixel GMAX0505 Sensor.
HB-30000-S 25GigE-Kamera
30MP @ 35fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, Sony IMX342 Gen3 Sensor.
HB-50000 25GigE-Kamera
50 MP bei 30 fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, AMS CMV50000-Sensor.
Darüber hinaus versprechen die folgenden kürzlich veröffentlichten Kameramodelle eine hervorragende Leistung für alle Sportanwendungen:
HB-5000-SB 25GigE-Kamera
5.1 MP bei 269 fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, Sony Pregius S IMX537 Gen4 Sensor.
HB-25000-SB 25GigE-Kamera
24.47 MP bei 75 fps, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, Sony Pregius S IMX530 Gen4 Sensor.
LR-8KG 10GigE-Zeilenkamera
8192 Pixel horizontal, Einzellinie – 137 KHz – 8 K, Trilinear – 45 KHz – 8 K, SFP+-Verkabelung mit Transceivern, Gpixel GL0816-Sensor
LB-8KG 25GigE-Zeilenkamera
8192 Pixel horizontal, Einzellinie – 200 KHz – 8 K, Trilinear – 66 KHz – 8 K, SFP28-Verkabelung mit Transceivern, Gpixel GL0816-Sensor
Über Emergent Vision Technologies
Emergent Vision Technologies wurde 2007 in Vancouver, Kanada, gegründet. Wir sind ein preisgekröntes Unternehmen, basierend auf Erfolgen wie:
- 2010: Erstes Kameraunternehmen, das ein 10GigE-Kameraprodukt auf den Markt bringt
- 2018: Erstes Kameraunternehmen, das ein 25GigE-Kameraprodukt auf den Markt bringt
- 2018: Erstes Kameraunternehmen, das die Produktlinie 10GigE- und 25GigE-Zeilenkameras auf den Markt bringt.
Wir vereinen über 40 Jahre Erfahrung im Bereich Bildgebung in den Bereichen Biowissenschaften, Sicherheit und Bildverarbeitung/Industrie. Wir sind weiterhin auf dem neuesten Stand der Technik bei neuen Sensoren und Kameratechnologien, um die Anwendungsanforderungen unserer Kunden zu erfüllen.
In enger Zusammenarbeit mit unserem globalen Netzwerk hochqualifizierter Partner und Distributoren bieten wir individuelle Beratung und Unterstützung für Ihre Anwendungen. Unsere Online-Wissensdatenbank bietet verschiedene Whitepapers, Anwendungshinweise und andere Ressourcen, um Ihre Systemspezifikation und -entwicklung zu beschleunigen. Bitte kontaktieren Sie uns, um herauszufinden, was wir für Sie tun können!
