機器視覺工業相機的通信接口（360度深度解析）

機器視覺系統由多種部件構成，包括相機、圖像采集卡和視覺庫函數，通常由不同廠商生產。接口標準可以確保兼容部件間無縫交互操作。早期模擬標準均配備簡易的視頻傳輸連接。相機控制和觸發通過獨立的供應商各自的連接來完成。數字接口標準借由一根電纜即可實現相機控制和圖像傳輸。同時，數字圖像傳輸也具有更高的靈活性，能夠簡化系統設計，降低總體成本。

1.IEEE 1394 接口

IEEE 1394，也稱為 FireWire，該接口基于蘋果公司在 1987 年開發的技術。IEEE1394 有兩種類型:IEEE 1394a 和 IEEE 1394b。就機器視覺市場而言，HDC 指 FireWire數據格式協議，確定了相機內部的控制寄存器布局。當前版本的 IEEE 1394-IIDC(1.32)可適用于多相機，每條總線最多可連通 63 臺設備，如圖 2-16 所示 IEEE 1394接口的特點如下:

(1)速度IEEE 1394a:400Mbit/s，使用 6 針連接件。

IEEE1394b:IEEE 1394-2008 標準中，最高定義至 3.2GbiV/s，但現在 800Mbit/s已很常見，有時也可達到 1.6Gbit/s，帶9 針連接件。

(2)接收裝置 計算機(直接接收)。

(3)電纜 IEEE 1394 采用屏蔽雙絞線(STP)，而 IEEE 1394b 可使用光纖電纜(HPCF，COF，POF)或非屏蔽雙絞線。

(4)連接件 IEEE 1394a 為門鎖式;IEEE 1349b 為螺栓式

2.USB 2.0 接口

USB 2.0 接口是最常用的商業接口之一，幾乎所有的計算機均使用此種接口。機器視覺應用中的很多相機中仍然配置有 USB 2.0 接口，作為基礎傳輸層。但此類相機的使用率正逐步下降，因為其沒有采用任何機器視覺特定協議，且供應商間的互操作性也是個未決的難題。

3.CameraLink 接口

CameraLink 標準于 2000 年第一次發布，這是一種強大、完善的通信鏈路，將相機和圖像采集卡之間的連接標準化，并定義了一種完整的接口，包括提供數據傳輸、相機定時、串口通信和實時向相機發送信號。CameraLink 是一種非封包式協議，為最簡單的相機圖像采集卡互聯標準。目前在第2.0版中，標準規范包括 Mini CameraLink 連接件、Power over CameraLink(PoCL)、PoCL-Lite(支持 base 配置的最小化 PoCL接口)和電纜性能規范，CameraLink 接口的特點(Mim Camera l.ink)連接件如下:

(1)速度CameraLink 接口用于實時、高速通信，單電纜的帶寬為 255Mbytes/8，兩條電纜可高達 850Mbytes/s，高帶寬能確保圖像快速傳輸，無延遲。

(2)接收裝置圖像采集卡。

(3)電纜CameraLink 接口定義了自身專用的電纜。相機和圖像采集卡可通過同一根電纜輕松交換數據。最大電纜長度根據相機時鐘頻率而定，范圍在 7~15m 之間。 Mini CameraLink 接口的特點就是占地面積小，可以在空間有限時使用

(4)連接件MDR 26 針連接件，SDR、HDR 26 針連接件(Mini CameraLink)， HDR 14 針連接件(PoCL-Lite)。

(5)相機電源 采用 PoCL后，PoCL 相機可借助 CameraLink 電纜由 PoCL 圖像采集卡供電。

(6)其他特點CameraLink 接口可選擇 GenlCam 支持，實現即插即用。每臺相機最多可使用兩條電纜。

4.CameraLink HS 接口

CameraLink HS 接口標準于 2012 年 5 月發布，通過使用已有電纜延伸長度同時提高帶寬，以改善 Camera Link 接口性能。CameraLink HS 接口功能包括:單比特錯誤免除協議:16 個雙向通用型輸入輸出(GPI/O;系統級功能，例如同步多個并行處理圖像采集卡:從主機逐幀控制相機操作模型。在CameraLink HS 標準下，M 協議支持每通道3.125Gbivs;x協議支持每通道 10.3Gbit/s。可使用未加密的 VHSIC 硬件描述語言(VHDL)IP 核，將 CameraLink HS 集成到自主設備制造商(OEM)(infinBand或CX4)或自定義安裝使用時，可減少互連問題和開發風險。盡管CameraLink HS 是一種基于數據包的協議，借助 IP 核，它能夠實現 6.4ns 的觸發抖動，和 150ns 的典型延遲;GPI/O 延遲和抖動在 300ns內。

5.CoaXPress 接口

CoaXPress(CXP)接口標準于 2010 年 12 月發布。CoaXPress 為相機和圖像采集卡之間提供高速接口，支持長電纜。CoaxPress 接口最簡單的形式，是采用單根同軸電纜，以高達6.25Cbis的速度將數據從相機傳輸至圖像采集卡，同時以20.8Mbit/;的速度將控制數據和觸發從圖像采集卡傳輸至相機，并向相機供應最高達 13W 的電源。當要求高速度時，可使用鏈路聚合，采用一條以上的同軸電纜共享數據。CoaXPress 接口的特點如下:

(1)速度CoaxPress 接口支持實時觸發，包括觸發特高速線掃描相機。通過標準的20.8Mbi。上行鏈路連接至相機，觸發延時為3.4ps，若改選高速上行鏈路時，觸發延時一般為 1S0ns。日前 CoaXPress 接口已可支持最快的相機，帶寬余量大，在一個連接件中的 6 條鏈路能夠實現最高達 3.6Cbit/s 的速度。

(2)接收裝置圖像采集卡

(3)電纜 鏈路速度為1.25Gbit/s(CXP-1)時

CoaXPress 接口支持 100m 以上的電纜長度;鏈路速度為3.125Gbi/s(CXP-3)時，最大長度為 85m;甚至達到最高速度 6.25Gbit/s(CXP-6)時，也可使用直徑為 6mm 的 35m 長電纜。若采用直徑更大的電纜，則BNC連接件

可能支持更大的長度。

6.GigE Vision 接口連接件

GigE Vision 接口標準是廣泛應用的相機接口標準，基于以太網(IEEE 802.3)通信標準制定。該標準于2006 年 5 月發布，并且分別于 2010 年 (第 1.2 版)和 2011 年 (第 2.0 版)修訂 GigE Vision 接口支持多流通道，通過使用標準以太網電纜可實現超遠距離快速，無誤的圖像傳輸。不同供應商的硬件和軟件在以太網連接中可用不同的數據速率實現無縫交互操作。

(1)速度目前，已有1Gbi/s和2Gbis(使用2條電纜)系統，以及即將面世的多種 10Ghit/s 和無線系統。

(2)接收裝置計算機(直接)，目前幾乎所有的計算機和嵌入式系統均內置有 GigE Vision 接口，多數情況下均無須額外加接口卡(圖像采集卡)。

(3)電纜取決于電纜和相機數目，GigE Vision 接口允許接單個相機，使用最大長度為 100m(銅線)和 5000m(光纖)的電纜。

7、USB3.0

USB3.0 VISION 標準于 201 年末啟動，其第 1.0 版于 2013 年 1 月實施。雖然是新標準，但機器視覺行業對 USB 技術并不陌生。

(1)速度該標準是基于 USB3.0 內在特性開(標準A鎖定

發的，保證了速度為 400MB/:以上時端對端數據的可靠性。近期剛通過審批的 USB3.1標準將該速度提高了兩倍以上。

(2)接收裝置 計算機(直接)。目前幾乎所有的計算機和嵌人式系統均內置有 USB 接口，多種情況下均無須額外加接口卡(圖像采集卡)。

(3)電纜 標準無源電纜使用長度 3~5m，有源銅線電纜最大使用長度 8m，多模光纖最大使用長度 100m。