机器视觉工业相机的通信接口（360度深度解析）

机器视觉系统由多种部件构成，包括相机、图像采集卡和视觉库函数，通常由不同厂商生产。接口标准可以确保兼容部件间无缝交互操作。早期模拟标准均配备简易的视频传输连接。相机控制和触发通过独立的供应商各自的连接来完成。数字接口标准借由一根电缆即可实现相机控制和图像传输。同时，数字图像传输也具有更高的灵活性，能够简化系统设计，降低总体成本。

1.IEEE 1394 接口

IEEE 1394，也称为 FireWire，该接口基于苹果公司在 1987 年开发的技术。IEEE1394 有两种类型:IEEE 1394a 和 IEEE 1394b。就机器视觉市场而言，HDC 指 FireWire数据格式协议，确定了相机内部的控制寄存器布局。当前版本的 IEEE 1394-IIDC(1.32)可适用于多相机，每条总线最多可连通 63 台设备，如图 2-16 所示 IEEE 1394接口的特点如下:

(1)速度IEEE 1394a:400Mbit/s，使用 6 针连接件。

IEEE1394b:IEEE 1394-2008 标准中，最高定义至 3.2GbiV/s，但现在 800Mbit/s已很常见，有时也可达到 1.6Gbit/s，带9 针连接件。

(2)接收装置 计算机(直接接收)。

(3)电缆 IEEE 1394 采用屏蔽双绞线(STP)，而 IEEE 1394b 可使用光纤电缆(HPCF，COF，POF)或非屏蔽双绞线。

(4)连接件 IEEE 1394a 为门锁式;IEEE 1349b 为螺栓式

2.USB 2.0 接口

USB 2.0 接口是最常用的商业接口之一，几乎所有的计算机均使用此种接口。机器视觉应用中的很多相机中仍然配置有 USB 2.0 接口，作为基础传输层。但此类相机的使用率正逐步下降，因为其没有采用任何机器视觉特定协议，且供应商间的互操作性也是个未决的难题。

3.CameraLink 接口

CameraLink 标准于 2000 年第一次发布，这是一种强大、完善的通信链路，将相机和图像采集卡之间的连接标准化，并定义了一种完整的接口，包括提供数据传输、相机定时、串口通信和实时向相机发送信号。CameraLink 是一种非封包式协议，为最简单的相机图像采集卡互联标准。目前在第2.0版中，标准规范包括 Mini CameraLink 连接件、Power over CameraLink(PoCL)、PoCL-Lite(支持 base 配置的最小化 PoCL接口)和电缆性能规范，CameraLink 接口的特点(Mim Camera l.ink)连接件如下:

(1)速度CameraLink 接口用于实时、高速通信，单电缆的带宽为 255Mbytes/8，两条电缆可高达 850Mbytes/s，高带宽能确保图像快速传输，无延迟。

(2)接收装置图像采集卡。

(3)电缆CameraLink 接口定义了自身专用的电缆。相机和图像采集卡可通过同一根电缆轻松交换数据。最大电缆长度根据相机时钟频率而定，范围在 7~15m 之间。 Mini CameraLink 接口的特点就是占地面积小，可以在空间有限时使用

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

(5)相机电源 采用 PoCL后，PoCL 相机可借助 CameraLink 电缆由 PoCL 图像采集卡供电。

(6)其他特点CameraLink 接口可选择 GenlCam 支持，实现即插即用。每台相机最多可使用两条电缆。

4.CameraLink HS 接口

CameraLink HS 接口标准于 2012 年 5 月发布，通过使用已有电缆延伸长度同时提高带宽，以改善 Camera Link 接口性能。CameraLink HS 接口功能包括:单比特错误免除协议:16 个双向通用型输入输出(GPI/O;系统级功能，例如同步多个并行处理图像采集卡:从主机逐帧控制相机操作模型。在CameraLink HS 标准下，M 协议支持每通道3.125Gbivs;x协议支持每通道 10.3Gbit/s。可使用未加密的 VHSIC 硬件描述语言(VHDL)IP 核，将 CameraLink HS 集成到自主设备制造商(OEM)(infinBand或CX4)或自定义安装使用时，可减少互连问题和开发风险。尽管CameraLink HS 是一种基于数据包的协议，借助 IP 核，它能够实现 6.4ns 的触发抖动，和 150ns 的典型延迟;GPI/O 延迟和抖动在 300ns内。

5.CoaXPress 接口

CoaXPress(CXP)接口标准于 2010 年 12 月发布。CoaXPress 为相机和图像采集卡之间提供高速接口，支持长电缆。CoaxPress 接口最简单的形式，是采用单根同轴电缆，以高达6.25Cbis的速度将数据从相机传输至图像采集卡，同时以20.8Mbit/;的速度将控制数据和触发从图像采集卡传输至相机，并向相机供应最高达 13W 的电源。当要求高速度时，可使用链路聚合，采用一条以上的同轴电缆共享数据。CoaXPress 接口的特点如下:

(1)速度CoaxPress 接口支持实时触发，包括触发特高速线扫描相机。通过标准的20.8Mbi。上行链路连接至相机，触发延时为3.4ps，若改选高速上行链路时，触发延时一般为 1S0ns。日前 CoaXPress 接口已可支持最快的相机，带宽余量大，在一个连接件中的 6 条链路能够实现最高达 3.6Cbit/s 的速度。

(2)接收装置图像采集卡

(3)电缆 链路速度为1.25Gbit/s(CXP-1)时

CoaXPress 接口支持 100m 以上的电缆长度;链路速度为3.125Gbi/s(CXP-3)时，最大长度为 85m;甚至达到最高速度 6.25Gbit/s(CXP-6)时，也可使用直径为 6mm 的 35m 长电缆。若采用直径更大的电缆，则BNC连接件

可能支持更大的长度。

6.GigE Vision 接口连接件

GigE Vision 接口标准是广泛应用的相机接口标准，基于以太网(IEEE 802.3)通信标准制定。该标准于2006 年 5 月发布，并且分别于 2010 年 (第 1.2 版)和 2011 年 (第 2.0 版)修订 GigE Vision 接口支持多流通道，通过使用标准以太网电缆可实现超远距离快速，无误的图像传输。不同供应商的硬件和软件在以太网连接中可用不同的数据速率实现无缝交互操作。

(1)速度目前，已有1Gbi/s和2Gbis(使用2条电缆)系统，以及即将面世的多种 10Ghit/s 和无线系统。

(2)接收装置计算机(直接)，目前几乎所有的计算机和嵌入式系统均内置有 GigE Vision 接口，多数情况下均无须额外加接口卡(图像采集卡)。

(3)电缆取决于电缆和相机数目，GigE Vision 接口允许接单个相机，使用最大长度为 100m(铜线)和 5000m(光纤)的电缆。

7、USB3.0

USB3.0 VISION 标准于 201 年末启动，其第 1.0 版于 2013 年 1 月实施。虽然是新标准，但机器视觉行业对 USB 技术并不陌生。

(1)速度该标准是基于 USB3.0 内在特性开(标准A锁定

发的，保证了速度为 400MB/:以上时端对端数据的可靠性。近期刚通过审批的 USB3.1标准将该速度提高了两倍以上。

(2)接收装置 计算机(直接)。目前几乎所有的计算机和嵌人式系统均内置有 USB 接口，多种情况下均无须额外加接口卡(图像采集卡)。

(3)电缆 标准无源电缆使用长度 3~5m，有源铜线电缆最大使用长度 8m，多模光纤最大使用长度 100m。