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Airylab distribue les caméras industrielles Basler ACE pour vos applications scientifiques et astronomiques et Genika, le ligne de logiciels d'acquisition développé par Airylab  pour ces caméras. Pour vos applications scientifiques, la gamme Ace délivre des débits importants sur liaison gigabit Ethernet et USB3 et une sensibilité en progrès grâce aux nouveaux capteurs CCD Exview HAD Sony. En imagerie planétaire, ces caméras représentent une vraie évolution en regard de l’offre existante des caméras USB et firewire ou des webcams modifiées. Les performances sont en tout point supérieures, et elles sont avec la série ACE devenues très abordables.

Famille Basler Ace pour l'imagerie scientifique et astronomique

A propos de Basler

Basler est le leader mondial des caméras numériques. Les caméras sont conçues et fabriquées en Allemagne, de même que la partie logicielle Pylon. Une caméra n’étant pas qu’un capteur, Basler a un savoir faire reconnu dans la conception et la réalisation de l’électronique et des convertisseurs. Les caméras industrielles Basler sont utilisées dans une multitude d’applications depuis la reconnaissance de forme dans l’industrie jusqu’aux applications médicales en passant par le contrôle de flux critiques dans les transports.

Basler ACE

La série ACE de Basler est une série de caméras industrielles Gigabit Ethernet, camera link et USB3. Ces caméras reprennent les mêmes performances que la série Scout, mais à un prix très inférieur. La différence s’explique par l’abandon d'une partie des fonctionnalités supportées sur le port Hirose 12 des Scouts donnant accès à des fonctions de type trigger(*) ou port série souvent indispensables dans l’industrie, mais moins utiles dans les applications plus légères. Mis à part ces fonctions, ces caméras ACE bénéficie des mêmes électroniques et du même logiciel que leurs grandes sœurs.

(*) : Les caméras ACE conservent une commande de trigger in et out sur le port Hirose 6 qui peut être utilisée pour un déclenchement commandé ou pour une sortie de timestamping. Dans ce cas, Airylab peut fabriquer un câble sur mesure.

Caméra planétaire Basler Ace

La gamme Ace intégre des capteurs CCD Sony et CMOS de chez Aptina et CMOSIS.

Airylab vend toutes les références Basler supportées par Genika (USB3, GigE en monochrome). Les modèles recommandés sont les suivants :

Référence

Résolution

photosite

Diagonale

Capteur

Technologie

Dynamique

(Bits)

Cadence(3)

acA640-100gm

659x494

5,6µm

1/4"

CCD Sony ICX618

Exview (1)HAD(2)

10,6

102

122*

acA1300-30gm

1296x966

3,75µm

1/3"

CCD Sony ICX445

Exview (1)HAD(2)

9,5

32

acA2040-25gm

2048x2048

5,5µm

1"

CMOSIS

CMV4000

 

CMOS global shutter

10

25

acA640-80gm(5)

659x494

7,4µm

1/3"

CCD Sony ICX424

HAD(2)

10,3

80

  • (1) Exview est une technologie Sony qui étend la sensibilité dans le proche infrarouge. C’est particulièrement intéressant pour des sujets comme Mars ou Jupiter avec un filtre IR à 742nm par exemple.
  • (2) HAD et Super HAD sont des technologies Sony qui limitent le courant de noir et le bruit associé.
  • (3) à pleine résolution, 8 bits, 12 packed et 12 bits.

Image solaire, caméra solaire Basler Ace 1300

Ces caméras présentent des caractéristiques particulièrement intéressantes en imagerie planétaire et pour les applications scientifique :

  • - Des capteurs récents et sensibles,
  • - Un codage sur 12 bits qui ne bride pas la dynamique réelle des capteurs,
  • - Un AOI (Area Of Interest) matériel qui permet de dépasser la vitesse d’acquisition nominale pleine trame,
  • - Une interface normalisée et rapide Gigabit Ethernet ou USB3,
  • - Des vitesses d’acquisition importantes sans aucune dégradation et disponibles en 8 bits et en 12 bits
  • - Des interfaces logicielles normalisées : GE Vision, USB3 Vision et Genicam,
  • - Des dimensions et un poids très faibles : 42x29x29mm et seulement 90g,
  • - Une monture C standard (backfocus 17,5mm),
  • - Une cadence d'acquisition pouvant être définie précisément,
  • - Une entrée/sortie trigger,
  • - Supportées entre autres par Streampix et Labview,
  • - La qualité de réalisation et de conception de l’électronique du leader mondial des caméras numériques permettant d’obtenir le meilleur du capteur en limitant les artefacts dus au bruit et aux perturbations électroniques.
  • - Une construction adaptée à une utilisation en milieu confiné ou exposé à des contraintes mécaniques (une tourelle gimbal aéroportée par exemple)

Tourelle de détection ATE Optronics (c) ATIS

Les capteurs

ICX618

Le nouvel ICX618 Exview HAD est le lointain remplaçant de l’ICX098 qui a été beaucoup utilisé dans les webcams utilisées en astronomie pour l'imagerie planétaire. Ce capteur a une sensibilité presque doublée (Exview HAD) et un débit très supérieur à son ancêtre.

ICX 445

L’ICX 445 apporte des pixels plus petits (3,75µm) qui permettent un échantillonnage bien ajusté sans devoir utiliser trop de tirage optique ou de lentilles de Barlow pour les applications astronomiques, et une résolution intéressante en application scientifique. Ce capteur remplace l’ICX205 légèrement plus grand mais moins sensible et surtout deux fois moins rapide, ainsi que l’ICX204. Son spectre étendu du visible au proche IR en fait un capteur polyvalent, aussi bien à l’aise sur la Lune que sur les planètes. En cas de besoin, le Binning2 permet de gagner en sensibilité tout en gardant une résolution VGA.

CMOSIS CMV4000

Le CMOSIS CMV4000 est un grand capteur (1") haute vitesse en technologie CMOS. Ses performances nominales sont de 180 images/seconde en 4 MPixel, soit un débit de 650 Mo/s. Sur la caméra aca2040-25gm l'interface GigE limite néanmoins le débit à 25 i/s, soit 125Mo/s. Il existe en version deeply depleted avec une sensibilité étendue en R/IR.

Le rendement quantique

Comme on peut le constater sur le graphique de rendement quantique des différents capteurs Sony utilisés en astronomie et en scientifique, les nouveaux ICX445 et ICX618 marquent un saut important à la fois dans la sensibilité de pic, mais aussi sur la largeur du spectre.

 

Rendement quantique des capteurs ICX Sony

Si l’on définit un indice de sensibilité à 100 pour un capteur qui aurait un rendement quantique de 100% entre 400 et 1000nm (intégrale du rendement quantique), les différents capteurs obtiennent les valeurs suivantes :

Indice de sensibilité des capteurs ICX Sony

Note : Airylab peut fournir tous les modèles Basler : Scout, Scout2, Pilot et Aviator.

Codage sur 12 bits

Les capteurs Sony ou CMOSIS des caméras ACE ont une dynamique intrinsèque de 10 ou 11 bits selon le modèle. Limiter le codage de sortie à 8 bits comme c’est le cas sur certaines caméras industrielles limite donc la dynamique exploitable du capteur et ce d’autant plus que les premiers bits (signaux les plus faibles) sont forcément bruités sur ces caméras à lecture très rapide (le bruit de lecture dépend fortement de la vitesse de lecture).

Il n’y a pas d’impact de cette augmentation de la dynamique sur la vitesse de transfert de ces caméras. Qu’elles fonctionnent en mode 8 bits ou 12 Bits, elles conservent la même vitesse maximale (sauf modèle CMOSIS).

Dans le cas d’une utilisation astronomique à gain élevé (sur Saturne par exemple), la dynamique est réduite à cause de l’amplification du bruit et il est donc possible de repasser en 8bits sans perte de qualité. En revanche sur les objets très lumineux où il est possible d’être à gain nul ou faible (la Lune ou le soleil), l’utilisateur a tout intérêt à rester en mode 12 bits. Il y a donc un compromis à trouver entre le gain, la vitesse d’acquisition et le temps d’exposition pour chaque condition de prise de vue.

Choix du gain

Interface Gigabit Ethernet

L’interface Gigabit Ethernet (GE) est normalisée depuis plusieurs années et a été massivement adoptée dans le monde industriel pour plusieurs raisons :

  • C’est un standard éprouvé et stable
  • Le plein débit est vraiment atteignable : 95,7% d’efficacité en IP/UDP soit presque 120 Mo/s
  • Une ligne dédiée à chaque client GE
  • Une utilisation optimisée des ressources processeur de la machine hôte
  • Jusqu’à 100m de portée sur du câble de cuivre catégorie 5e
  • Une bonne résistance en environnement électro-magnétique perturbé

Le GE apporte au final beaucoup d’améliorations par rapport à son prédécesseur le Firewire. Il faut noter que l’USB est peu utilisé en milieu industriel du fait de sa fragilité mécanique et du manque de robustesse de cette liaison en environnement perturbé.

Le standard GE a vu l’arrivée du Gigabit Ethernet for Machine Vision (GE Vision) qui spécifie le transfert d’image entre la caméra et l’hôte, et de GenIcam – standard Européen- qui spécifie de son coté les attributs des caméras.

Les caméras Basler se conforment bien sûr à ces deux standards et Basler est un acteur important de GenIcam.

Genicam et GE Vision

La configuration de la liaison GE est très simplifiée. Le filtre du driver Pylon est installé sur le port GE du PC. Ensuite l’attribution d’une adresse IP et la reconnaissance de la caméra sont automatiques. Une fois le driver installé, l’utilisateur n’a rien à configurer. La présence du filtre ne nécessite aucune reconfiguration en cas d’utilisation classique de l’interface GE du PC hôte. De plus les caméras ACE peuvent atteindre le débit d’image maximal sans avoir besoin de modifier la MTU (taille maximale des paquets Ethernet) de l’interface Ethernet. Il est possible de vérifier le débit maximal avec l’utilitaire Speedometer de Basler.

Dans le cas d’un observatoire astronomique fixe ou d'une plateforme d'expérimentation, les caméras peuvent être connectées sur un commutateur Gigabit Ethernet. Dans ce cas, il faut spécifier les paramètres IP soit manuellement en connectant la caméra directement sur un PC et en utilisant l’utilitaire Pylon IP configuration tool, soit automatiquement via un serveur d’adresses IP DHCP. Les caméras ACE peuvent être téléalimentées en Power Over Ethernet (802.3af) si le commutateur supporte cette fonction. Dans le cas contraire ou si la caméra est connectée à un PC, il faut l’alimenter en 12V soit par un injecteur POE, soit directement par un câble connecté sur la prise Hirose6. La consommation des caméras ACE est très faible : moins de 200mA.

Interface USB3 Vision

L’interface USB3 Vision a été normalisé fin 2012. Elle permet l'accès à un débit supérieur au GigE pour un coût dérisoire. Le débit théorique de 600 Mo/s se traduit en pratique par un débit réel maximal d'un peu moins de 400 Mo/s. L'interface USB assure l'alimentation des caméras. En revanche la longueur de câble est limitée à 5m, au delà un système actif est indispensable.

AOI (fenêtrage)

Les caméras ACE disposent d’un paramétrage du Area Of Interest (fenêtrage) qui limite le nombre de pixels capturés. Cet AOI est géré par la caméra et non pas au niveau de logiciel de capture qui ne fait que transmettre les paramètres choisis par l’utilisateur. Cela signifie que :

  • Le débit utilisé sur la liaison GE est réduit
  • La vitesse d’acquisition augmente
  • La taille du fichier résultat est réduite.

Le fenêtrage permet d'atteindre une cadence de plus de 300 images/seconde avec le modèle aca640-100gm pour des applications scientifiques par exemple dans la mise en évidence ou la mesure de phénomènes transitoires (vibrations, interférométrie, mesure physique...).

 

Slow motion avec une caméra Ace aca640-100gm : 200 et 300 i/s pour les gouttes et l'allumette, 300 i/s pour le briquet

Les caméras ACE supportent également le binning matériel qui associe les pixels 4 par 4 et multiplie la sensibilité nominale également par 4 sur les capteur CCD. Ceci peut être intéressant pour adapter l’échantillonnage en fonction de la focale utilisée sur les modèles acA1300-30gm et acA1600-20gm. Le binning augmente également le taux de transfert des images. Sur les capteurs CMOS le binning améliore le rapport signal/bruit d'un facteur 2.

Les logiciels de capture

Les caméras Basler ACE vendues par Airylab sont livrées avec les pilotes et le SDK Pylon et Genika, logiciel réalisé par Airylab qui permet de capturer les images au format SER (8 et 16 bits) en vue de leur traitement avec les principaux logiciels d'astronomie (AVIstack et Registax) ou de leur conversion vers le format AVI pour des applications plus généralistes. Ce logiciel repose sur les interfaces GenIcam et est réalisé en C++ pour une rapidité optimale. Une licence accompagne chaque caméra Basler vendue par Airylab.

Genika existe aussi dans une version dédiée aux applications scientifiques : Genika Trigger

Les caméras sont aussi utilisables sous Labview, Streampix et les principales applications scientifiques ou industrielles.

Le driver Pylon met aussi à disposition une interface video de type DirectShow qui rend les caméras compatibles avec la plupart des applications, mais limitée à un encodage sur 8 bits.

Le driver Pylon est également disponible pour Linux 32 et 64 bits.