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机器视觉中工业相机的电气数据接口介绍

  说起工业相机的接口，主要分两种，分别是镜头接口和电气数据接口。工业相机的数据接口又可以分为数字接口和模拟接口两种。数据接口传输的是数字信号，模拟接口传输的是模拟信号。数字信号比模拟信号有很多优点，比如抗干扰能力强、易于加密、方便后续处理等。因此，现在的高端工业相机基本上都采用数字接口。而中低端的监控设备基于成本和性价比的原因，基本上采用模拟接口。工业相机常见的电气数字接口有:USB接口，IEEE1394接口，CoaXPress接口，GIGE接口，Camera Link 接口，特殊接口。

1.USB接口：

USB2.0接口于2000年发布，是最早数字接口之一，传输速度480Mbps，通讯距离5m，80%的带宽用于图像传输。。USB2.0接口的工业相机，是市场上比较常见的的类型，许多厂商都生产这种接口的相机。其优点是所有电脑都配置有USB2.0接口，方便连接，不需要采集卡，相机可通过USB线缆供电；缺点是其传输速率较慢，理论速度只有480Mb（60MB），而且USB2.0没有标准的协议，主从结构导致CPU占用率高，带宽无法得到保证。单根最长传输距离为5m，加中继可达30米，传输距离近，信号衰减比较严重。

USB3.0接口于2008年发布，输速度4.8Gbps，通讯距离10m，80%的带宽用于图像传输。USB 3.0的设计在USB 2.0的基础上新增了两组数据总线，为了保证向下兼容，USB 3.0保留了USB 2.0的一组传输总线。解决了传输速度慢的问题，但是传输距离依旧比较近。在传输协议方面，USB 3.0除了支持传统的BOT协议，还新增了USB Attached SCSI Protocol（USAP），可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势。同时采用了全双工传输方式，支持同时双向数据传输；主机主导的异步方式的传输流量控制，使得设备在数据传输准备就绪时可以通知主机；突出的实时兼容性，高可靠性。

2.IEEE1394接口：

1394接口也被称为FireWire接口,就是我们常说的火线接口。1394接口主要分为速率为400Mb的1394A接口和800Mb的1394B接口。1394A接口于1995年发布，传输速度400Mbps，通讯距离4.5m。主要用于视频传输领域。1394B接口于2002年发布，传输速度800Mbps，通讯距离4.5m。主要用于视频传输领域。

1394接口，在工业领域中，应用还是非常广泛的。协议、编码方式都非常不错，传输速度也比较稳定，只不过由于早期苹果的垄断，造成其没有被广泛应用。1394A单根4.5m(S400)，加中继可达70m，如果调整到S100或S200，则传输距离可达25m，甚至更长。1394B单根10m(S800)，转网络传输，用Cat5线可达到100m(S100)；使用Cat6线，在S400情况下可达60m；转光纤传输，可达500m(S400/S800)。

1394接口的特点，支持热插拔，支持点对点的通讯方式，有标准DCAM协议,CPU占用低，可通过1394总线供电。但是由于早期1394接口并没有得到很好的普及，所以现有PC机端并没有相应的接口存在，如果想要连接对应的相机时，需要配合1394接口的采集卡。目前1394接口已逐渐被市场所淘汰。

3.CoaXPress(CXP)接口：

CoaXPress接口发布于2008年，原本是由工业图像处理领域的多家公司共同推出的，目的是开发一种快速的数据接口，用于支持高速成像应用，并实现对大量数据进行更长距离的传输。CXP1.0在2011年以新接口标准的身份正式发布。自此之后，这种标准就在工业图像处理领域中占得一席之地。后来更进一步发展，成为CoaXPress2.0。

采用CoaXPress1.0/1.1标准的接口使用75ohm同轴电缆，每个通道的数据传输速度最大可达6.25Gbit/s，同时能通过多个通道支持更快的数据传输速度。而CoaXPress2.0标准的传输速度比它快两倍，最高可达12.5Gbps。相比其他高效的标准，CoaXPress2.0的分辨率和帧速率更胜一筹。一条CXP电缆最大能提供13W的功率，要求“设备”和“主机”同时支持GenICam摄像头编程接口。尽管单通道同轴电缆的价格实惠，但如果要设置多通道电缆总成和图像采集卡，成本将会增加很多。

4.Gige 千兆以太网接口：

由AIA（AutomatdeImagingAssociation）创建并推广；是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准。适用于工业成像应用，通过网络传输无压缩视频信号。第一个使用价格低廉线缆长距离传输图像的标准。即使是不同同厂家的硬件和软件，只要符合GigEVision标准，也可以实现无缝的千兆网连接。

千兆网接口的工业相机，由于GigE千兆网协议稳定，是目前比较主推的相机接口。GigE提供最大1Gbit/s的图像数据带宽。它综合了简便性、速度、最长100m电缆以及通过单条电缆为摄像头供电的能力等特性，是一种深受欢迎的摄像头接口。以太网电缆提供坚固屏蔽层。因此非常适合因某些机器人和计量设备的强大电机而产生较大电磁干扰的环境。FLIRGigE摄像头同时还拥有数据包重发功能，进一步增强传输可靠性。

与USB不同的是，GigE不支持DMA。包含图像数据的数据包传输到主机，并在其中重组为图像框架，之后再复制到软件可存取内存。

有些工业相机厂家使用M12X-coded 8芯连接器接口提供强化屏蔽，同时提高设备的防水效果。M12X-coded8P连接器在高端的工业相机上替代Gige传统的GJ45接口，将Gige的带宽提高到10Gbit/s。基于GigE的优势获得提升。10GigE是高分辨率3D扫描、容积捕捉和精密计量的理想选择。GigE和10GigE组合方式多样。可以将多台GigE摄像头连入一台10GigE交换机，实现主机系统上单10GigE端口全速运行多台GigE摄像头。由于CAT5e电缆只能在30m距离内运行于10GigE摄像头，因此推荐使用通用的Ethernet电缆（CAT-6）和标准的M12X-coded8芯连接器。目前10GigE的M12X-coded 8P接口也慢慢成为了快速连接的主流接口。

5.Camera Link接口：

CameraLink标准由国际自动成像协会（AutomatedImagingAssociaTIon，简称AIA）在2000年推出的数字图像信号通讯接口协议，是一种串行通讯协议。采用LVDS接口标准，具有速度快、抗干扰能力强、功耗低。是在NSM（NationalSemiconductor美国国家半导体制造商）的接口协议ChannelLink基础上发展而来的。在Channel link技术基础上增加了一些传输控制信号，并定义了一些相关传输标准。协议采用MDR-26针连接器或SDR-26针连接器，具有高速率，带宽可达6400Mbps、抗干扰能力强、功耗低的特点。其中一些版本需要两条传输电缆。三种可用的主要配置包括：基本（2.04Gbit/s）、中档（5.44Gbit/s）和进阶/扩展（6.8Gbit/s）。基本标准使用MDR（“MiniDRibbon”）26针连接器，中档/完整配置使用两条电缆，能力翻倍。进阶/扩展版本超越CameraLink规定的极限，可以承载最大6.8Gbit/s的数据传输。CameraLink和CXP接口同样都需要图像采集卡，而且还额外要求兼容于CameraLink供电模式（PoweroverCameraLink，简称PoCL）标准以便供电。CameraLink缺少纠错或重发功能，需要进行昂贵且繁杂的电缆设置，以便提高信号完整性，力图避免图像丢失。

 CameraLink使用28位ChannelLink芯片；4个数据流、1个时钟信号，通过5组LVDS线对传输；传输24位图像数据和４位同步视频信号，包括：FrameValid、LineValid、DataValid、Spare。CameraLink接口大概分为了3种结构配置，分别为Base接口、Medium接口和Full接口。

Base接口：ChannelLink芯片数量为1，线缆数量为1，数据带宽为2.04Gbit/s(255MB/s)

Medium接口：ChannelLink芯片数量为2，线缆数量为2，数据带宽为4.08Gbit/s(510MB/s)

Full接口：ChannelLink芯片数量为3，线缆数量为2，数据带宽为5.44Gbit/s(680MB/s)。

Camera Link接口的相机，实际应用中比较少。不过其传输速度是目前的工业相机中最快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上。

6.特殊接口：

有些厂家为了追求产品的差异化或是产品的使用环境而采用的特殊接口/连接器。在工业相机上比较常见的特殊接口（电源接口或I/O接口）有Hirose广濑的连接器，有6芯（HR10A-7P-6S）和12芯（HR10A-10P-12S），一般是给Gige工业相机作为外部供电和控制使用。

还有作为I/O接口在3D智能相机上使用的M12 D-coded扣/编码4芯连接器，有作为电源接口在智能工业相机上使用的M12A-coded扣/coding/编码8芯，12芯，17芯连接器。

还有一些更不常见的接口有雷莫lemo的推拉自锁连接器和HDMI，VGA,RS232等接口。

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