机器视觉知识分享——相机常见的各类接口

不论是在传统的基于PC的机器视觉系统中，还是在日益重要的嵌入式视觉系统中，相机数据接口的选择都是至关重要的考虑因素。越来越高分辨率的CMOS图像传感器和越来越高的检查速度，要求在相机和处理器之间传输大量数据，这对应用所需的带宽和图像数据传输距离提出了更高的要求。许多数据传输硬件已专门为机器视觉领域开发了许多种接口，包括CameralLink，GigE Vision，USB3 Vision，CoaXPress和CameraLink HS。（如图所示）。

CoaXPress（CXP）

CoaXpress接口于2008年推出，支持高速成像应用。CXP接口使用75Ω同轴电缆，每通道支持高达6.25Gbit/s的数据传输速度，并能够使用多个通道支持更快的数据传输速率。CXP电缆每根电缆最多可以提供13W的功率，并且要求“设备”和“主机”都支持GenICam摄像机编程接口。尽管单通道同轴电缆价格便宜，但CXP接口安装多通道电缆组件和框架卡扣的成本却迅速增加。

CameraLink

CameraLink标准是由AIA协会于2000年推出的，并且已逐步升级以支持更高的数据传输速度，有些版本需要两条电缆进行传输。可用的三个主要配置包括Base（2.04Gbit/s）、Medium（5.44Gbit/s）和Deca/Extended（6.8Gbit/s）。Base使用MDR（“MiniD带状”）26针连接器，而medium/full配置使用第二条电缆，容量将增加一倍。Deca/Extended版本超出了CameraLink规定的限制，可传输高达6.8Gbit/s的数据。

像CXP接口一样，CameraLink需要使用图像采集卡，并且还需要与CameraLink供电（PoCL）标准兼容才能供电。CameraLink缺乏任何纠错或重新发送功能，需要昂贵且麻烦的电缆设置以通过最大化信号完整性来尝试追回丢失的图像。

GigE Vision

Gig EVision标准由AIA协会管理。它允许使用现有的低成本以太网电缆、连接器、交换机和其他组件，以使用铜质电缆传输距离长达100米的图像数据，并通过交换机和光纤适配器传输更多数据。千兆以太网还具有创建不同的实现模型和复杂的网络拓扑的潜力。其中包括将检查网络划分为不同的功能区域，但全部由一个工作站控制。

由于每个摄像机都可以通过其IP地址独立放置在网络上，因此可以从网络上的任何PC对其进行查看、控制和监视。GigEVision2.1还包括利用IEEE1588精确时间协议（PTP）改进的多相机系统的实时同步，并具有多部分传输的功能，该功能可以传输用于3D成像或更复杂的数据结构。

尽管GigEVision具有灵活性，但115MB/s的最大带宽已成为某些应用程序的限制因素。各个相机制造商已基于并行电缆配置（LAG）或专有软件方法提供了增加的带宽，但是NBASE-T技术的引入大大提高了GigEVision框架内的带宽。NBASE-T联盟的NBASE-T技术是对IEEE802.3以太网标准的扩展，将数据传输速度分别提高至2.5、5和10Gb/s，用于2.5BASE-T（2.5GigE）、5BASE-T（5GigE）和10BASE-T（10GigE）。

USB Vision

大多数USB机器视觉相机都使用USB3.1Gen1接口，该接口在相机和主机系统之间提供高达4Gibt/s的图像数据带宽。USB3Vision标准通过定义一组通用的设备检测、图像传输和相机控制协议，可帮助确保各种相机和软件之间的兼容性。

USB支持直接内存访问（DMA），借助这种DMA功能，可以将图像数据从USB直接传输到内存中，供软件使用。DMA与对USB的广泛支持以及几乎在任何硬件平台上的USB控制器驱动程序的可用性使USB非常适合在嵌入式系统中使用。USB3.1Gen1的5m最大电缆长度通常对于嵌入式系统来说不是问题。USB3.1Gen1可通过为相机提供高达4.5W的功率来简化系统设计。