Libro blanco: Beneficios de las cámaras 10GigE y 25GigE para aplicaciones de tecnología deportiva
INTRODUCCIÓN
La tecnología en los deportes ha sido impulsada en gran medida por los negocios. Una sola llamada perdida puede representar fácilmente una pérdida de millones de dólares. La mayoría de los propietarios y miembros del equipo quieren estar del lado ganador de una "llamada", pero la mayoría acepta la tecnología como el método más imparcial y justo para determinar el resultado de una jugada determinada. El entretenimiento, sin embargo, también ha sido un gran factor impulsor y una influencia temprana.
UNA BREVE HISTORIA
Muchos consideran que la primera tecnología importante en los deportes es el uso del acabado fotográfico en aplicaciones de carreras. Las carreras de caballos utilizaron por primera vez cámaras de tira basadas en película en la década de 1930 para tales fines y la adopción a otros deportes de carreras fue constante.
Más tarde, el uso del radar para rastrear la velocidad de la pelota en el béisbol en la década de 1960. La misma tecnología se adoptó mucho más tarde para rastrear la velocidad del servicio en el tenis. Estas aplicaciones fueron impulsadas más por valor de entretenimiento.
En la década de 1980, un sistema informático basado en un haz de luz llamado Cyclops se utilizó por primera vez en el tenis como juez de línea electrónico contra el que incluso personas como John McEnroe tenían pocos motivos de disputa. No fue sino hasta principios del siglo XXI que las cámaras de video digitales desempeñaron un papel en tales esfuerzos y esto fue un gran cambio de juego que abrió muchas puertas en todas las áreas de los deportes y su contraparte de entretenimiento.
Usando múltiples cámaras con una estrecha sincronización, los pioneros en este campo utilizaron métodos de triangulación para reconstruir virtualmente la escena en 3D completo. Más tarde, esto formó la base para las aplicaciones de captura volumétrica como la realidad virtual, mixta y aumentada; parece que la línea entre los deportes y esas aplicaciones se está volviendo bastante gris. Con tal contenido 3D, queda muy poco a la imaginación y prácticamente no hay motivos para disputar.
Además del arbitraje automatizado, el análisis del rendimiento se ha convertido en una importante aplicación de dicha tecnología. El seguimiento de los jugadores durante los partidos, así como durante los entrenamientos, mejora enormemente el producto que se pone en el campo. Durante la práctica de béisbol, los movimientos del lanzador, el bateador y la pelota se pueden capturar completamente en 3D y analizar en profundidad para determinar las fórmulas de trabajo para el éxito en el campo, incluso para detectar el giro en un cambio de 90 mph con una precisión de microsegundos. El rendimiento en el campo, como la posición de seguimiento, la velocidad del jugador, la velocidad de tiro, etc., ahora son una parte estándar del juego.
Por último, como hemos visto en algunas transmisiones de la NBA y la NFL, algunos están aplicando la misma tecnología con fines puramente de entretenimiento, como permitir que los usuarios giren completamente alrededor de los objetos en el campo para una experiencia de realidad semivirtual. Es prácticamente la misma tecnología y los siguientes párrafos muestran por qué Emergent Vision Technologies Inc es el líder del mercado en tales espacios.
DESAFIOS
En gran parte, los desafíos se reducen a la generación de contenido 3D preciso. Pueden requerir una estrecha sincronización de tiempo de microsegundos entre capturas de imágenes de múltiples fuentes de cámara para una precisión óptima. Pueden requerir una excelente calidad de imagen bajo una variedad de condiciones de iluminación. Algunas aplicaciones deben tener imágenes de alta resolución y al mismo tiempo mantener una velocidad de fotogramas adecuada. Pueden tener configuraciones de cámara que abarquen grandes áreas, incluidos estadios, por lo que se prefieren las opciones más simples para la instalación y el mantenimiento del sistema. Pueden requerir muchas más cámaras para completar un sistema para una precisión óptima. Por último, como en la mayoría de las aplicaciones, el costo puede ser un factor importante.
CÓMO LAS CÁMARAS 10GIGE Y 25GIGE PUEDEN ABORDAR ESTOS PROBLEMAS
Sincronización de tiempo
Las cámaras emergentes de 10 GigE y 25 GigE brindan algunas opciones para controlar estrictamente la sincronización de tiempo entre cámaras. Emergent tiene una amplia experiencia en la sincronización de cámaras utilizando una variedad de métodos que incluyen PTP, activación por hardware, etc., y ha podido demostrar precisiones de microsegundos con un esfuerzo mínimo.
Calidad de imagen
Las cámaras emergentes solo usan los mejores sensores de los mejores proveedores, como Sony, Gpixel y AMS, y trabajamos arduamente para exprimir cada gramo de rendimiento de estos sensores, lo que conduce a mejoras en el rango dinámico, lo cual es importante para las aplicaciones deportivas en las que los sistemas a menudo necesitan para hacer frente a las diferentes condiciones de iluminación.
Amplia gama de resoluciones y velocidades de fotogramas
Los sensores de Sony actualmente van desde 0.5MP @ 1595fps hasta 31MP @ 35fps y están saliendo muy a menudo con sensores de mayor resolución y mayor velocidad de cuadros. Los sensores Gpixel actualmente van desde 5MP @ 290fps a 65MP @ 71fps y están en aumento. AMS tiene 50MP @ 30fps.
El Sony IMX253 (12MP @ 80fps) y el Sony IMX255 (9MP @ 110fps) son actualmente los más populares para aplicaciones deportivas pero sensores de mayor resolución como el Sony IMX342 (31MP @ 35fps), Gpixel GMAX0505 (25MP @ 75fps) y el AMS CMV50000 (50MP @ 30fps) ahora están ganando algo de tracción.
Emergent también acaba de lanzar seis nuevos modelos de cámaras que utilizan sensores de cuarta generación de Sony que van desde 4 MP hasta 5 MP con velocidades de cuadro de 25 fps a 269 fps, respectivamente. Los sensores asociados son: IMX98, IMX530, IMX531, IMX532, IMX535, IMX536. Para la velocidad más alta, estos sensores emplean la velocidad más alta SLVS-EC a 537 GHz y Emergent es el primero en el mercado con soporte completo de estos sensores innovadores.
Y, naturalmente, una mayor velocidad de fotogramas y una resolución requieren una interfaz de mayor ancho de banda para mantener este rendimiento durante tiempos de grabación ilimitados y Emergent también está ahí con el galardonado soporte de interfaz de cámara de 10GigE y 25GigE de última generación.
Conformidad con SMPTE ST 2110
Las aplicaciones de transmisión están cambiando a tecnologías basadas en Ethernet para reemplazar las tecnologías SDI obsoletas, limitadas y menos rentables. Tener el cumplimiento de SMPTE ST 2110 es un beneficio adicional para instalar cámaras en infraestructuras nuevas o existentes.
Cómo 10GigE y 25GigE se comparan con otras interfaces de alta velocidad
Las cámaras emergentes de 10 GigE y 25 GigE, junto con MVA de CSPI Myricom o VMA/Rivermax de Mellanox, igualan o superan a otras interfaces en todas las categorías técnicas y su relación precio-rendimiento es la mejor. Con VMA/Rivermax o MVA, se eliminan todas las deficiencias asociadas con la utilización, la latencia y la inestabilidad de la CPU de 1 GigE. La aceptación de la industria también es excelente.
Opciones de cableado
Aquí, el competidor más cercano es CXP. Los transceptores SFP+ y SFP28 básicos de bajo costo crean una longitud de enlace prácticamente ilimitada. En comparación, CXP6 y CXP12 alcanzarán 72 m y 30 m respectivamente, pero pueden llegar más lejos con costosos adaptadores de fibra. Es importante distinguir entre los transceptores SFP+/SFP28 y los adaptadores de fibra CXP o CameraLink. Los transceptores son productos básicos de bajo costo que se insertan directamente en la cámara y la NIC, mientras que los adaptadores de fibra son piezas de hardware externas costosas y voluminosas (a menudo del mismo tamaño que la cámara o incluso más grandes) producidas por muy pocos proveedores y se encuentran en algún punto intermedio. los cables CXP o CameraLink de la cámara y el enlace de fibra que, curiosamente, utiliza los mismos transceptores SFP+ que Emergent emplea directamente en la cámara. Y, naturalmente, necesita un adaptador de fibra en cada extremo del enlace, ya que el capturador suele tener la misma interfaz que la cámara.
Aplicaciones de cámara de exploración lineal
Como se discutió en la introducción, las cámaras de tira basadas en película históricamente se han empleado para aplicaciones de carreras de acabado fotográfico. La cámara equivalente en los tiempos modernos suele ser una cámara Line Scan como la LR-8KG y la LB-8KG de Emergent. La cámara está colocada con orientación vertical y está escaneando de forma precisa y continua la línea de meta. Los objetos en movimiento se escanean cuando cruzan la línea de meta y los aspectos estáticos de la escena permanecen inalterados.
Conmutadores de red
Los conmutadores de red juegan un papel más importante en las instalaciones robustas de lo que algunos pensarían y el costo de dichos dispositivos en configuraciones de múltiples cámaras se considera bajo y decreciente debido al uso entre industrias. Hay tres razones principales por las que se pueden emplear interruptores:
distribución PTP
Aquí, un solo reloj de gran maestro PTP de alta precisión se puede distribuir fácilmente a todos los dispositivos que están conectados a través del conmutador.
Multiplexación de cámara/dispositivo
Las cámaras 10x 10GigE como la HR-12000-SC se pueden multiplexar en un solo enlace de 100GigE a un servidor que tenga una NIC de 100GigE de un solo puerto. Esto es necesario para algunos sistemas que utilizan servidores con ranuras PCIe limitadas que albergan las NIC. Considere que en una aplicación de 10 cámaras por PC, esto requeriría 5 NIC 10GigE de doble puerto, lo que aumenta el costo del servidor debido a una mayor cantidad de ranuras además del costo adicional de 5 NIC duales 10G frente a 1 NIC simple 100G. Y tenga en cuenta que una NIC 100G de Emergent también vendrá con las mismas ventajas de rendimiento que se indicaron anteriormente, que es la mejor de su clase.
Redundancia
Con los puntos de multiplexación en mente, considere que si un solo servidor con una NIC de 100 G deja de estar disponible, un cambio rápido a un servidor redundante similar permitirá un tiempo de inactividad prácticamente nulo. Considere también que realizar redundancia con menos enlaces de alta velocidad como 0x 1G frente a 100x 10G requiere muchos menos puertos de conmutación.
Costo eficiente
A menudo todo se reduce a esto e invitamos a los clientes a obtener sus cotizaciones completas del sistema de nuestros competidores y asegurarnos absolutamente de realizar la debida diligencia técnica y luego comparar todos los resultados antes de comprometerse con cualquier solución. Esto se aplica tanto a los competidores que impulsan sus costosos productos CXP como a los competidores que suministran 10 GigE u otras cámaras basadas en Ethernet, ya que no se trata solo de la tecnología, sino también de la calidad de la implementación y el soporte. Vale la pena señalar que la mayoría, si no toda, la tecnología de la competencia 10GigE sufre problemas de rendimiento que limitan la cantidad de cámaras por PC, lo que tiene un impacto significativo en el costo.
En conclusión, cuando obtenga cotizaciones para comparar, asegúrese de que, como mínimo, se comparen 10 GigE con CXP6 x1/x2 o CXP12 x1 y que se comparen 25 GigE con CXP6 x4 o CXP12 x2.
Además, uno debe comprender cuántos canales de cámara por ranura PCIe obtiene en su capturador de fotogramas en comparación con nuestras NIC. Ofrecemos tarjetas de puerto 2x 25GigE, que es el equivalente a una tarjeta CXP6 x8 o CXP12 x4, suponiendo que la tarjeta CXP admita canales de cámara independientes. Tenga en cuenta también que, como se indicó anteriormente, ofrecemos compatibilidad con una única NIC de 100 G que podría reemplazar 5 tarjetas de 10 G de doble puerto con conmutadores de multiplexación para mejorar la densidad de canales grandes.
Por último, comprenda sus opciones de cableado, especialmente las restricciones de longitud del cable, ya que pueden generar un costo significativamente adicional si se necesitan convertidores de fibra CXP.
¿Cuál es el beneficio general de usar cámaras 10GigE y 25GigE para mi aplicación deportiva?
- Velocidades de datos / cuadros ultra altas
- Muchas opciones de accesorios y cableado para cubrir cualquier longitud
- Compatibilidad con la red de cámaras y métodos precisos de sincronización multicámara, incluida la compatibilidad con PTP
- Tecnología de video multidifusión
- Bajo consumo de CPU, baja latencia, bajo jitter con MVA de Myricom y VMA de Mellanox
- Mayor número de cámaras por rendimiento de PC
- Coste/rendimiento muy competitivo
- Aceptación de la industria debido a la estandarización IEEE y AIA
Recomendaciones de cámara
Emergent Vision Technologies tiene numerosas opciones de cámara para sus necesidades de aplicaciones deportivas, pero las siguientes han sido caballos de batalla para estas aplicaciones:
Cámara HR-8000-S 10 GigE
8 MP a 110 fps, cableado SFP+ con transceptores, sensor Sony IMX255 Gen2.
Cámara HR-12000-S 10 GigE
12 MP a 80 fps, cableado SFP+ con transceptores, sensor Sony IMX253 Gen2.
Cámara HB-7000-S 25 GigE
7MP @ 210fps, cableado SFP28 con transceptores, sensor Sony IMX420 Gen3.
Cámara HB-25000-G 25 GigE
25MP @ 75fps, cableado SFP28 con transceptores, Sensor GPixel GMAX0505.
Cámara HB-30000-S 25 GigE
30MP @ 35fps, cableado SFP28 con transceptores, sensor Sony IMX342 Gen3.
Cámara HB-50000 25 GigE
50MP @ 30fps, cableado SFP28 con transceptores, Sensor AMS CMV50000.
Además, los siguientes modelos de cámaras lanzados recientemente prometen ofrecer un rendimiento excelente para todas las aplicaciones deportivas:
Cámara HB-5000-SB 25 GigE
5.1MP @ 269fps, cableado SFP28 con transceptores, sensor Sony Pregius S IMX537 Gen4.
Cámara HB-25000-SB 25 GigE
24.47 MP a 75 fps, cableado SFP28 con transceptores, sensor Sony Pregius S IMX530 Gen4.
Cámara de escaneo de línea LR-8KG 10GigE
8192 píxeles horizontales, línea única- 137 KHz- 8K, trilineal- 45 KHz- 8K, cableado SFP+ con transceptores, sensor Gpixel GL0816
Cámara de escaneo de línea LB-8KG 25GigE
8192 píxeles horizontales, línea única- 200 KHz- 8K, trilineal- 66 KHz- 8K, cableado SFP28 con transceptores, sensor Gpixel GL0816
Acerca de las tecnologías de visión emergentes
Emergent Vision Technologies se fundó en 2007 en Vancouver, Canadá. Somos una empresa premiada basada en logros como:
- 2010: primera empresa de cámaras en lanzar un producto de cámara 10GigE
- 2018: primera empresa de cámaras en lanzar un producto de cámara 25GigE
- 2018: Primera compañía de cámaras en lanzar la línea de productos de cámaras de escaneo de línea 10GigE y 25GigE.
Reunimos más de 40 años de experiencia en imágenes que abarcan desde los mercados industriales y de las ciencias de la vida, la seguridad y la visión artificial. Continuamos a la vanguardia de los nuevos sensores y tecnologías de cámaras para ayudar a satisfacer las necesidades de aplicaciones de nuestros clientes.
En estrecha colaboración con nuestra red global de socios y distribuidores altamente calificados, ofrecemos consultoría individual y soporte para sus aplicaciones. Nuestra base de conocimientos en línea proporciona varios informes técnicos, notas de aplicación y otros recursos para acelerar la especificación y el desarrollo de su sistema. Póngase en contacto con nosotros para averiguar qué podemos hacer por usted.
