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接口 GigE, CameraLink &others

GigE Vision, Camera Link cameras, and other interfaces 

接口

 目前的工业相机上具有各种各样的接口,但是JAI的产品上只采用以下3种类型的接口。
 JAI数字相机产品大多为CameraLinkGigE两种类型,客户可以选择适用于自身应用领域的接口。
   请点击下述相关链接查看各种接口的特点

  • GigE Vision® and Gen<i>Cam

GigE Vision™的可能性 

 Gigabit Ethernet是将10Mbps100MbpsFast Ethernet)的数据传输带宽扩大到1000MbpsGigE)后的产品,因此,它采用了适用于包括笔记本电脑在内的通用计算机芯片。作为一种通用接口,随着它在全球的普及、其附带技术的价格得到降低,由此,在Ethernet的数据传输速度达到了100Mbps时,自然也就被图像处理市场所利用。

 若带宽达到了1000M bps,那么即可在目前所使用的众多应用领域中得到使用。有效利用Gigabit的数据传输速度,即可实现高速传输VGAUXGA像素的图像数据。但是,如果是在如现场检测等大型数据的应用领域通过高速传输线以高速且连续的方式来读取传输的被拍摄物体的图像,则可能导致处理侧的CPU负荷增大、OS支持的驱动程序上也可能产生不良反应。因此,必须利用由相机厂商或第三方供应商所提供的GigE Vision专用驱动程序等相关的资源支持。

  JAIGigE Vision标准的所有产品免费提供专用的驱动程序及SDKSoftware Development Kit)。使用专用驱动程序读取图像不但可以降低CPU的负荷,同时还可以构筑一个图像处理程序同时作业的环境。

  灵活运用GigE Vision的接口特性,将有助于开发更多迄今未有的应用领域。例如:在ITSIntelligent Traffic System的使用中,图像采集数据传输距离的限制阻碍了高像素大幅面数字相机的引入。但是,高像素且数据传输距离无限制的这种GigE Vison版本的相机即可解决上述问题。此外,如果有效利用Ethernet的网络性、数据传输性能,那么即可将分布于工厂内、或医院内的各图像处理系统统合在一个地方进行集中管理。

GigE Vision™的特性 

    所谓GigE Vision™,是指决定EthernetIP网络通信协议的相机接口标准。1979年,美国IEEE学会通过IEEE802.3委员会批准才使Ethernet本身的标准得以规范化,当时10Mbps的传输速度在标准规范化后逐渐进入100Mbps1Gbps10Gbps的高速化时代。一般所说的网络都是指基于这种Ethernet技术的TCP/IP,UDP/IP通信,而GigE Vision标准则是基于UDP/IP构成了GigE Vision Protocol

 GigE Vision™的优点

  • 电缆长度最长可伸展至100m(转播设备上可无限延长)
  • 带宽达1Gbit,因此大量的数据可即时得到传输
  • 可使用标准的NIC卡(或PC上已默认安装)
  • 可使用廉价电缆 (可使用通用的Ethernet电缆CAT-6))
  • GigE Vision™的缺点
  • 对所连接的计算机性能有一定要求
  • GigE设备上加入了图像采集卡功能,因此作为系统来说价格便宜了,但相机的价格却有所提高
  • CameraLink接口相机相比,GigE相机的耗电量较高
  • 网络性能上无法确定数据包的送达时间
  • 必须优化主机侧的软件(安装特定的驱动程序

GigE Vision™标准

 一般我们都使用TCP/IP来作为确保数据安全性的通信协议。例如:浏览网页时所使用的HTTP、电子邮箱上使用的SMTP等都通过应答确认等方式来实现高度安全性的通信。而另一方面,UDP/IP虽然安全性相对较低,但可以使用于需要高速通信速度的DNS等方面。

   GigE Vision™也需要通过高速进行图像数据的传输,因此使用了后者的UDP/IP来提高传输效率,而对于安全性欠缺方面,结构上则采用GigE Vision™通信协议的方式加以弥补。 

协议概要

1IP地址的设定

   如果从网络的相关结构上进行思考的话就比较容易理解了。网络设备运行的首要条件就是通过某种方式来获取IP地址。当GigE Vision设备(可能是相机但也可能是其他装置,故称作设备)被连接至某个网络时,为了使其作为IP网络设备开始运行,首先必须获取网络地址、IP地址。然后,需要从主机中查找该些GigE Vision设备,这就称作Device Discovery(设备自动查找)。

实际上,设备本身在接通电源后,即会向DHCP服务器发出获取IP地址的请求,然后自动设定IP。如果向DHCP发出请求却接收不到应答时,则可以断定该网络上没有DHCP服务器,这样的话就会切换为IP地址手动设定模式。LLA(Local Link Address)将会搜索在169.254.xxx.xxx这个地址空间内未被使用的地址并进行自动设定。这时的设备就会拥有一个IP地址。(也可设定为静态IP地址,不过defaultOFF状态。 

2)设备的控制

   其次就是需要对已被识别的设备(相机)进行控制。简单地说就是要将操作指令发送至相机并对相机进行控制。例如:增益、快门、触发模式的设定等。控制上必需的是GVCP(Gig Vision Control Protocol)控制协议,并规定了Memory read/write、及其他各种指令,然后通过向设备内存映射中的地址的数据写入或读取操作对设备进行控制。

3)图像数据的交接

   最后最重要的是GVSP(GigE Vision Streaming Protocol)串流协议。这是最后从设备中交接想要获取的图像时所需的协议。由于像素数、滤色以及3CCD8/10/12比特等均为固定数据,因此,图像格式也可以根据用户的需要来进行图像发送。

   实际上是指定UDP的端口编号、然后向该端口发送数据。数据大小是以可以将1个区块中的1张图像分割为若干份后集中于1个数据包内进行一次性发送为基准。Ethernet1440个字节的限制,而Gigabit Ethernet使用大型数据包(增大1个数据包的容量、节约送至每个数据包的各帧头中的数据)可以传输1440个字节以上的数据。但必须注意的是,根据所使用的硬盘(例如:相机或NIC)的差异,可能会有4KB6KB8B16KB等的带宽限制。 

4GeniCam XML 设备设定文件

   GigE Vision™上,相机储存器也必须具有通过GenlCam命名、XML格式的设备所具有的性能。(或者需要根据URL连接网页上的文件)通过对它的使用,主机可以直接根据名称对设备进行控制,而无需每次都要查看内存映射后才能写入数据,减少了不少麻烦。详细请查看Gen<i>Cam

JAI offers a wide range of GigE Vision / Gen<i>Cam compliant cameras. To select a GigE camera for your application, visit our Camera Selection Guide, and click on the "Interface" heading to sort the list by interface type.

  • CameraLink™

 CameraLink™通过AIA得到了标准化,电缆也可以获得成品。数据传输带宽虽然大,但由于数据传输距离受到限制、最长只能达到10m,因此适用于需要传输大型数据、但可以限制数据传输距离的系统。
  大型连接器未能使相机到小型化,不过Mini Camera Link的诞生推动了相机小型化的发展。同时,通过图像采集功能,使用为相机提供电源的PoCL后,只要1根电缆即可连接相机,由此还可以结合小型化的效果作为替换模拟相机的最优先备用品。
  在各企业销售的图像采集卡中也有可以连接多个相机的产品,图像采集卡是图像读取中不可或缺的产品,而在硬件、应用软件等全方位的市场销售上具有一定的实绩,由此也可以放心地投入新产品。

  •  模拟接口

 连接器小且相机体积小型化,多用于安装在贴片机等检测装置的可移动部分。

 有一种可输入多个相机的廉价图像采集卡,优点是可以使用同步信号便于多个相机的同步处理等,但另一方面,与数字相比,抗噪声能力差。
   
由于在价格上具有优越性,因此至今依然是机器视觉市场的主流产品。

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