机器视觉常用接口介绍

1.GigE Vision接口

千兆以太网（GigE）Vision接口于2006年被引进到工业机器视觉领域。它基于Internet协议(IP)标准，提供了用于通过千兆位以太网传输视频和相关控制数据的框架。大多数已安装GigE Vision的相机都基于最初1000BASE-T以太网实现方案，该方案可提供1Gbps的总带宽。如今，NBASET（支持2.5 Gbps或5.0 Gbps速度）和10GBASE-T（也称为10GigE），能够以高达10 Gbps的速度传输图像数据。

采用10GigE接口的特点

①GigE Vision兼容软件和硬件设备的大量使用，简化了网络。有助于提高机器视觉应用的可扩展性和灵活性。

②该接口不需要使用Frame Grabber。大多数系统采用支持GigE/10GigE的标准网络适配器卡。这些设备价格便宜，有助于降低系统成本。

③可长距离工作。标准双绞铜线（Cat 6、Cat 6e、Cat 6a和Cat 7）均可用于10GigE连接。Cat 6和Cat 6e可支持最长55米的电缆，Cat 6a和Cat 7可支持最长100米的电缆。

④可支持精确时间协议(IEEE 1588)

2.小型可插式Plus (SFP+)接口

SFP+接口模块由小型可插式(SFP)模块演化而来，而SFP接口模块主要用于电信和数据传输领域。SFP通常仅支持1 Gbps速率。SFP+规范于2006年发布，可支持10 Gbps速率。

基于GigE Vision协议的光纤物理层的特点

① 基于10GBASE-SR标准的收发器可支持长距离（最长10千米）传输。长距离电缆在工业和户外环境中很有用。

② 作为一种光纤，其传输噪声极低，可在很长距离内保持稳定，并且对大型工厂环境中设备可能发出的外部噪声源（包括EMI和RFI）具有很高的抗扰性。

③ 数据协议是GigEVision，因此数据包管理基于此完善的标准。

④ 与固定接口（例如标准以太网连接器）相比，SFP+系统可配备任何适当类型的收发器 （请参阅上面的标准表）。

⑤ 即使电缆很长，光纤成本也很低。

⑥ 基于10GigE的SFP+模型可支持GigEVision协议支持的所有功能，包括多视频流、PTP、块数据等。

3.CoaXPress (CXP)接口

为了在长电缆上实现极高数据速率，针对机器视觉的CXP标准应运而生。CXP标准最早于2008年被公布。CXP 1.0于2011年初发布，CXP 2.0于2019年发布。

① 可提供高吞吐量。对于机器视觉应用，CXP可提供最大的原始数据吞吐量。4xCXP-12连接将通过CXP-12提供高达50 Gbps以及每通道12.5 Gbps的带宽。

② 可高效支持多台高速工业相机。CXP的高带宽和多通道架构非常适合含多台高速/高分辨率相机的应用场合。最多可以将四台相机连接到一个4xCXP-12Frame Grabber，从而通过简单的点对点配置为每台相机提供12.5 Gbps的专用带宽。

③ 可简化多重处理过程。CXP 2.0标准引入了多目标功能，使得可轻松将来自单一相机的数据分配或复制到可能位于不同PC上的多个Frame Grabber。

④ 支持长电缆（但是不及GigE Vision支持的长度）。可支持的同轴电缆的长度在200米 （对于CXP-1）到大约30米（对于CXP-12）范围之间，具体取决于所采用的标准和带宽。通过使用更粗的同轴电缆或基于光纤的延长器，可以进一步延长此电缆长度。

⑤ 静电噪声低。

⑥ 支持通过单根电缆进行触发和供电。CXP接口供电(PoCXP)功能可为每个通道提供24V和13W的电源。CXP标准还包括一个低速上行链路通道，用于通过Frame Grabber进行触发或控制设备。

⑦ 延迟和抖动极低。CXP触发操作的延迟通常小于5微秒，抖动为几纳秒，具体取决于 Frame Grabber。

⑧ 支持GenICam标准。这一直是CXP标准的基石，对于数据管理以及用于流式处理复杂数据的各不同设备之间的兼容性非常重要。

⑨ CXP电缆比Camera Link电缆更具成本效益。尽管CXP电缆通常比以太网电缆昂贵，但它们的成本不到其他基于Frame Grabber的接口Camera Link所需的电缆的一半。

4.Camera Link (CL)接口

Camera Link发布于2000年，是第一个完全为机器视觉应用构建的接口。特别适合线阵扫描相机接口。Camera Link是点对点并行数据接口（不像其他接口那样基于数据包），可以在一个或两个26针连接器上进行配置。除图像传输外，四个信号对还用于控制信号，能够以最低延迟提供专用的相机控制。可使用支持2.04 Gbps的单个连接器和单根电缆（称为Camera Link Base）来配置相机到主机的连接。双电缆配置中可包括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接口的低抖动和低延迟特性，以及CoaXPress标准所支持的更高多通道带宽和更长电缆长度。Camera Link HS并不向后兼容Camera Link。

Camera Link接口的特点

① 无缝支持多种配置/速率。根据应用要求，可选择不同的速率和组件（例如电缆）。

② 数字化传输过程不会丢失数据，且基于标准化信号进行。

③ 提供多种型号和几何形状的连接器。可以夹紧或拧紧连接器，具体取决于应用和可用空间。 非常适合严苛的工业环境。

④ 是最具“实时”特性的接口。与CXP一样，Camera Link具有专用的点对点信令通道，可用于相机控制/触发。该触发功能可实现极低延迟（小于75纳秒），并确保对相机进行近乎实时的确定性控制。

⑤ Camera Link支持接口供电(PoCL)。在同时配备相机和Frame Grabber的情况下，不需要为相机提供外部电源。所有类型的连接器和配置均支持PoCL功能。

5.USB3 Vision（通用串行总线3）接口

USB3 Vision已经发展为最受欢迎的机器视觉接口之一，这主要得益于USB3 Vision的简单性。

USB3 Vision接口的特点

① 最新USB3 Vision标准支持完全即插即用功能。在绝大多数情况下，相机和PC芯片组之间不存在兼容性问题。

② 由于带宽和可靠性的提高，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，从而支持轻松从本地USB 2视觉系统进行升级。

③只要速率和分辨率适中，USB3 Vision就可以在多相机设置中高度兼容并正常工作。

④USB3Vision的基本设计基于GenICam，这有助于为编程人员提供一致性，并与其他基于GenICam的接口更好地互操作。

⑤ 与GigE Vision等网络接口相比，具有更低延迟和抖动，但是无法实现Camera Link或 CoaXPress的近乎实时的性能。

⑥可变图像尺寸：USB3 Vision可以通过预先向主机提供图像相关信息来发送不同尺寸的图像。

⑦低CPU负载：通过使用零复制（直接内存访问，DMA），使得图像检索程序所需的CPU负载非常低。

⑧ USB 3.0为所连接的设备提供4.5W的电源。这意味着许多基本型相机可以在没有额外电源的情况下工作。

⑨ 其简单性可以降低系统成本，同时仍可提供比标准1000BASE-T GigE Vision快三倍的速度。

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审核编辑：汤梓红