機(jī)器視覺(jué)常用接口介紹

1.GigE Vision接口

千兆以太網(wǎng)（GigE）Vision接口于2006年被引進(jìn)到工業(yè)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域。它基于Internet協(xié)議(IP)標(biāo)準(zhǔn)，提供了用于通過(guò)千兆位以太網(wǎng)傳輸視頻和相關(guān)控制數(shù)據(jù)的框架。大多數(shù)已安裝GigE Vision的相機(jī)都基于最初1000BASE-T以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案，該方案可提供1Gbps的總帶寬。如今，NBASET（支持2.5 Gbps或5.0 Gbps速度）和10GBASE-T（也稱(chēng)為10GigE），能夠以高達(dá)10 Gbps的速度傳輸圖像數(shù)據(jù)。

采用10GigE接口的特點(diǎn)

①GigE Vision兼容軟件和硬件設(shè)備的大量使用，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)。有助于提高機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的可擴(kuò)展性和靈活性。

②該接口不需要使用Frame Grabber。大多數(shù)系統(tǒng)采用支持GigE/10GigE的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)適配器卡。這些設(shè)備價(jià)格便宜，有助于降低系統(tǒng)成本。

③可長(zhǎng)距離工作。標(biāo)準(zhǔn)雙絞銅線（Cat 6、Cat 6e、Cat 6a和Cat 7）均可用于10GigE連接。Cat 6和Cat 6e可支持最長(zhǎng)55米的電纜，Cat 6a和Cat 7可支持最長(zhǎng)100米的電纜。

④可支持精確時(shí)間協(xié)議(IEEE 1588)

2.小型可插式Plus (SFP+)接口

SFP+接口模塊由小型可插式(SFP)模塊演化而來(lái)，而SFP接口模塊主要用于電信和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。SFP通常僅支持1 Gbps速率。SFP+規(guī)范于2006年發(fā)布，可支持10 Gbps速率。

基于GigE Vision協(xié)議的光纖物理層的特點(diǎn)

① 基于10GBASE-SR標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器可支持長(zhǎng)距離（最長(zhǎng)10千米）傳輸。長(zhǎng)距離電纜在工業(yè)和戶外環(huán)境中很有用。

② 作為一種光纖，其傳輸噪聲極低，可在很長(zhǎng)距離內(nèi)保持穩(wěn)定，并且對(duì)大型工廠環(huán)境中設(shè)備可能發(fā)出的外部噪聲源（包括EMI和RFI）具有很高的抗擾性。

③ 數(shù)據(jù)協(xié)議是GigEVision，因此數(shù)據(jù)包管理基于此完善的標(biāo)準(zhǔn)。

④ 與固定接口（例如標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接器）相比，SFP+系統(tǒng)可配備任何適當(dāng)類(lèi)型的收發(fā)器 （請(qǐng)參閱上面的標(biāo)準(zhǔn)表）。

⑤ 即使電纜很長(zhǎng)，光纖成本也很低。

⑥ 基于10GigE的SFP+模型可支持GigEVision協(xié)議支持的所有功能，包括多視頻流、PTP、塊數(shù)據(jù)等。

3.CoaXPress (CXP)接口

為了在長(zhǎng)電纜上實(shí)現(xiàn)極高數(shù)據(jù)速率，針對(duì)機(jī)器視覺(jué)的CXP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。CXP標(biāo)準(zhǔn)最早于2008年被公布。CXP 1.0于2011年初發(fā)布，CXP 2.0于2019年發(fā)布。

① 可提供高吞吐量。對(duì)于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，CXP可提供最大的原始數(shù)據(jù)吞吐量。4xCXP-12連接將通過(guò)CXP-12提供高達(dá)50 Gbps以及每通道12.5 Gbps的帶寬。

② 可高效支持多臺(tái)高速工業(yè)相機(jī)。CXP的高帶寬和多通道架構(gòu)非常適合含多臺(tái)高速/高分辨率相機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。最多可以將四臺(tái)相機(jī)連接到一個(gè)4xCXP-12Frame Grabber，從而通過(guò)簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置為每臺(tái)相機(jī)提供12.5 Gbps的專(zhuān)用帶寬。

③ 可簡(jiǎn)化多重處理過(guò)程。CXP 2.0標(biāo)準(zhǔn)引入了多目標(biāo)功能，使得可輕松將來(lái)自單一相機(jī)的數(shù)據(jù)分配或復(fù)制到可能位于不同PC上的多個(gè)Frame Grabber。

④ 支持長(zhǎng)電纜（但是不及GigE Vision支持的長(zhǎng)度）?？芍С值耐S電纜的長(zhǎng)度在200米 （對(duì)于CXP-1）到大約30米（對(duì)于CXP-12）范圍之間，具體取決于所采用的標(biāo)準(zhǔn)和帶寬。通過(guò)使用更粗的同軸電纜或基于光纖的延長(zhǎng)器，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)此電纜長(zhǎng)度。

⑤ 靜電噪聲低。

⑥ 支持通過(guò)單根電纜進(jìn)行觸發(fā)和供電。CXP接口供電(PoCXP)功能可為每個(gè)通道提供24V和13W的電源。CXP標(biāo)準(zhǔn)還包括一個(gè)低速上行鏈路通道，用于通過(guò)Frame Grabber進(jìn)行觸發(fā)或控制設(shè)備。

⑦ 延遲和抖動(dòng)極低。CXP觸發(fā)操作的延遲通常小于5微秒，抖動(dòng)為幾納秒，具體取決于 Frame Grabber。

⑧ 支持GenICam標(biāo)準(zhǔn)。這一直是CXP標(biāo)準(zhǔn)的基石，對(duì)于數(shù)據(jù)管理以及用于流式處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的各不同設(shè)備之間的兼容性非常重要。

⑨ CXP電纜比Camera Link電纜更具成本效益。盡管CXP電纜通常比以太網(wǎng)電纜昂貴，但它們的成本不到其他基于Frame Grabber的接口Camera Link所需的電纜的一半。

4.Camera Link (CL)接口

Camera Link發(fā)布于2000年，是第一個(gè)完全為機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用構(gòu)建的接口。特別適合線陣掃描相機(jī)接口。Camera Link是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)并行數(shù)據(jù)接口（不像其他接口那樣基于數(shù)據(jù)包），可以在一個(gè)或兩個(gè)26針連接器上進(jìn)行配置。除圖像傳輸外，四個(gè)信號(hào)對(duì)還用于控制信號(hào)，能夠以最低延遲提供專(zhuān)用的相機(jī)控制。可使用支持2.04 Gbps的單個(gè)連接器和單根電纜（稱(chēng)為Camera Link Base）來(lái)配置相機(jī)到主機(jī)的連接。雙電纜配置中可包括CL Medium (4.08 Gbps)、CL Full (5.44 Gbps)和CL Deca (6.8 Gbps(850 MB/s))。

2012年引入了Camera Link HS的新接口，旨在提供Camera Link接口的低抖動(dòng)和低延遲特性，以及CoaXPress標(biāo)準(zhǔn)所支持的更高多通道帶寬和更長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度。Camera Link HS并不向后兼容Camera Link。

Camera Link接口的特點(diǎn)

① 無(wú)縫支持多種配置/速率。根據(jù)應(yīng)用要求，可選擇不同的速率和組件（例如電纜）。

② 數(shù)字化傳輸過(guò)程不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，且基于標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)進(jìn)行。

③ 提供多種型號(hào)和幾何形狀的連接器。可以?shī)A緊或擰緊連接器，具體取決于應(yīng)用和可用空間。 非常適合嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境。

④ 是最具“實(shí)時(shí)”特性的接口。與CXP一樣，Camera Link具有專(zhuān)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信令通道，可用于相機(jī)控制/觸發(fā)。該觸發(fā)功能可實(shí)現(xiàn)極低延遲（小于75納秒），并確保對(duì)相機(jī)進(jìn)行近乎實(shí)時(shí)的確定性控制。

⑤ Camera Link支持接口供電(PoCL)。在同時(shí)配備相機(jī)和Frame Grabber的情況下，不需要為相機(jī)提供外部電源。所有類(lèi)型的連接器和配置均支持PoCL功能。

5.USB3 Vision（通用串行總線3）接口

USB3 Vision已經(jīng)發(fā)展為最受歡迎的機(jī)器視覺(jué)接口之一，這主要得益于USB3 Vision的簡(jiǎn)單性。

USB3 Vision接口的特點(diǎn)

① 最新USB3 Vision標(biāo)準(zhǔn)支持完全即插即用功能。在絕大多數(shù)情況下，相機(jī)和PC芯片組之間不存在兼容性問(wèn)題。

② 由于帶寬和可靠性的提高，USB3 Vision迅速取代了Firewire和USB 2.0接口。USB3 Vision接口向后兼容USB 2.0，從而支持輕松從本地USB 2視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

③只要速率和分辨率適中，USB3 Vision就可以在多相機(jī)設(shè)置中高度兼容并正常工作。

④USB3Vision的基本設(shè)計(jì)基于GenICam，這有助于為編程人員提供一致性，并與其他基于GenICam的接口更好地互操作。

⑤ 與GigE Vision等網(wǎng)絡(luò)接口相比，具有更低延遲和抖動(dòng)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)Camera Link或 CoaXPress的近乎實(shí)時(shí)的性能。

⑥可變圖像尺寸：USB3 Vision可以通過(guò)預(yù)先向主機(jī)提供圖像相關(guān)信息來(lái)發(fā)送不同尺寸的圖像。

⑦低CPU負(fù)載：通過(guò)使用零復(fù)制（直接內(nèi)存訪問(wèn)，DMA），使得圖像檢索程序所需的CPU負(fù)載非常低。

⑧ USB 3.0為所連接的設(shè)備提供4.5W的電源。這意味著許多基本型相機(jī)可以在沒(méi)有額外電源的情況下工作。

⑨ 其簡(jiǎn)單性可以降低系統(tǒng)成本，同時(shí)仍可提供比標(biāo)準(zhǔn)1000BASE-T GigE Vision快三倍的速度。

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審核編輯：湯梓紅