機器視覺常用接口介紹

1.GigE Vision接口

千兆以太網（GigE）Vision接口于2006年被引進到工業機器視覺領域。它基于Internet協議(IP)標準，提供了用于通過千兆位以太網傳輸視頻和相關控制數據的框架。大多數已安裝GigE Vision的相機都基于最初1000BASE-T以太網實現方案，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（也稱為10GigE），能夠以高達10 Gbps的速度傳輸圖像數據。

采用10GigE接口的特點:

①GigE Vision兼容軟件和硬件設備的大量使用，簡化了網絡。有助于提高機器視覺應用的可擴展性和靈活性。

②該接口不需要使用Frame Grabber。大多數系統采用支持GigE/10GigE的標準網絡適配器卡。這些設備價格便宜，有助于降低系統成本。

③可長距離工作。標準雙絞銅線（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55米的電纜，Cat 6a和Cat 7可支持最長100米的電纜。

④可支持精確時間協議(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，而SFP接口模塊主要用于電信和數據傳輸領域。SFP通常僅支持1 Gbps速率。SFP+規范于2006年發布，可支持10 Gbps速率。

基于GigE Vision協議的光纖物理層的特點

① 基于10GBASE-SR標準的收發器可支持長距離（最長10千米）傳輸。長距離電纜在工業和戶外環境中很有用。

② 作為一種光纖，其傳輸噪聲極低，可在很長距離內保持穩定，并且對大型工廠環境中設備可能發出的外部噪聲源（包括EMI和RFI）具有很高的抗擾性。

③ 數據協議是GigEVision，因此數據包管理基于此完善的標準。

④ 與固定接口（例如標準以太網連接器）相比，SFP+系統可配備任何適當類型的收發器 （請參閱上面的標準表）。

⑤ 即使電纜很長，光纖成本也很低。

⑥ 基于10GigE的SFP+模型可支持GigEVision協議支持的所有功能，包括多視頻流、PTP、塊數據等。

3.CoaXPress (CXP)接口

為了在長電纜上實現極高數據速率，針對機器視覺的CXP標準應運而生。CXP標準最早于2008年被公布。CXP 1.0于2011年初發布，CXP 2.0于2019年發布。

① 可提供高吞吐量。對于機器視覺應用，CXP可提供最大的原始數據吞吐量。4xCXP-12連接將通過CXP-12提供高達50 Gbps以及每通道12.5 Gbps的帶寬。

② 可高效支持多臺高速工業相機。CXP的高帶寬和多通道架構非常適合含多臺高速/高分辨率相機的應用場合。最多可以將四臺相機連接到一個4xCXP-12Frame Grabber，從而通過簡單的點對點配置為每臺相機提供12.5 Gbps的專用帶寬。

③ 可簡化多重處理過程。CXP 2.0標準引入了多目標功能，使得可輕松將來自單一相機的數據分配或復制到可能位于不同PC上的多個Frame Grabber。

④ 支持長電纜（但是不及GigE Vision支持的長度）?？芍С值耐S電纜的長度在200米 （對于CXP-1）到大約30米（對于CXP-12）范圍之間，具體取決于所采用的標準和帶寬。通過使用更粗的同軸電纜或基于光纖的延長器，可以進一步延長此電纜長度。

⑤ 靜電噪聲低。

⑥ 支持通過單根電纜進行觸發和供電。CXP接口供電(PoCXP)功能可為每個通道提供24V和13W的電源。CXP標準還包括一個低速上行鏈路通道，用于通過Frame Grabber進行觸發或控制設備。

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

⑧ 支持GenICam標準。這一直是CXP標準的基石，對于數據管理以及用于流式處理復雜數據的各不同設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發布于2000年，是第一個完全為機器視覺應用構建的接口。特別適合線陣掃描相機接口。Camera Link是點對點并行數據接口（不像其他接口那樣基于數據包），可以在一個或兩個26針連接器上進行配置。除圖像傳輸外，四個信號對還用于控制信號，能夠以最低延遲提供專用的相機控制?？墒褂弥С?.04 Gbps的單個連接器和單根電纜（稱為Camera Link Base）來配置相機到主機的連接。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接口的低抖動和低延遲特性，以及CoaXPress標準所支持的更高多通道帶寬和更長電纜長度。Camera Link HS并不向后兼容Camera Link。

Camera Link接口的特點

① 無縫支持多種配置/速率。根據應用要求，可選擇不同的速率和組件（例如電纜）。

② 數字化傳輸過程不會丟失數據，且基于標準化信號進行。

③ 提供多種型號和幾何形狀的連接器?？梢詩A緊或擰緊連接器，具體取決于應用和可用空間。 非常適合嚴苛的工業環境。

④ 是最具“實時”特性的接口。與CXP一樣，Camera Link具有專用的點對點信令通道，可用于相機控制/觸發。該觸發功能可實現極低延遲（小于75納秒），并確保對相機進行近乎實時的確定性控制。

⑤ Camera Link支持接口供電(PoCL)。在同時配備相機和Frame Grabber的情況下，不需要為相機提供外部電源。所有類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已經發展為最受歡迎的機器視覺接口之一，這主要得益于USB3 Vision的簡單性。

USB3 Vision接口的特點

① 最新USB3 Vision標準支持完全即插即用功能。在絕大多數情況下，相機和PC芯片組之間不存在兼容性問題。

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視覺系統進行升級。

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

④USB3Vision的基本設計基于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等網絡接口相比，具有更低延遲和抖動，但是無法實現Camera Link或 CoaXPress的近乎實時的性能。

⑥可變圖像尺寸：USB3 Vision可以通過預先向主機提供圖像相關信息來發送不同尺寸的圖像。

⑦低CPU負載：通過使用零復制（直接內存訪問，DMA），使得圖像檢索程序所需的CPU負載非常低。

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

⑨ 其簡單性可以降低系統成本，同時仍可提供比標準1000BASE-T GigE Vision快三倍的速度。

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