機器視覺是未來人工智能領域的核心技術。從工業(yè)視覺到計算機視覺，從人機交互到自動駕駛，從虛擬現(xiàn)實到物體自動識別，機器視覺都擔當著重要角色。機器視覺在工業(yè)、農業(yè)、國防、軍工、交通、醫(yī)療、金融甚至體育、娛樂等等行業(yè)都獲得了廣泛的應用，將對我們的生活、生產和工作帶來革命性的改變。

在機器視覺的應用過程中，選擇正確的接口是您選擇攝像頭過程的一項重要因素。今天小菲就給大家講講機器視覺可用的不同電纜和連接器類型以及相關利弊。

機器視覺接口的分類

專用型接口

此類接口適用于需要極高速或超高分辨率應用；例如，用于檢測紙質或塑料薄膜生產這類連續(xù)流水作業(yè)的行掃描攝像頭，其工作頻率一般處于kHz水平。然而這些接口明顯更加昂貴，靈活性更低，而且會增加系統(tǒng)復雜性。此類應用通常使用Carmeralink（支持最大 6.8Gbit/s 數(shù)據(jù)傳輸）和CoaXPress（支持最大 12Gbit/s 數(shù)據(jù)傳輸）這些專用型機器視覺接口。采用這些接口的系統(tǒng)除了需要攝像頭外，還需要圖像采集卡，它們是專門用于接收圖像數(shù)據(jù)并組合成可用圖像的適配卡。專用型機器視覺接口還要使用專用線纜，增加了與外圍設備集成的難度。

CoaXPress （CXP）

CoaXpress接口發(fā)布于 2008 年，用于支持高速成像應用。CXP接口使用75ohm同軸電纜，每個通道的數(shù)據(jù)傳輸速度最大可達6.25Gbit/s，同時能通過多個通道支持更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。一條CXP電纜最大能提供13W的功率，要求“設備”和“主機”同時支持GenICam攝像頭編程接口。盡管單通道同軸電纜的價格實惠，但如果要設置多通道電纜總成和圖像采集卡，成本將迅速增加。

Cameralink

Cameralink標準由國際自動成像協(xié)會（Automated Imaging Association，簡稱 AIA）在 2000年設立，歷經不斷更新，目的是支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，其中一些版本需要兩條傳輸電纜。三種可用的主要配置包括：基本 （2.04Gbit/s）、中檔 （5.44Gbit/s） 和進階/擴展 （6.8Gbit/s）。基本標準使用MDR（“Mini D Ribbon”）26針連接器，中檔/完整配置使用兩條電纜，能力翻倍。進階/擴展版本超越Cameralink規(guī)定的極限，可以承載最大6.8Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。Cameralink和CXP接口同樣都需要圖像采集卡，而且還額外要求兼容于Camera link供電模式（Power over Camera link，簡稱 PoCL）標準以便供電。Cameralink缺少糾錯或重發(fā)功能，需要進行昂貴且繁雜的電纜設置，以便提高信號完整性，力圖避免圖像丟失。

消費型接口

此類接口使機器視覺攝像頭可以通過廣泛可用的 USB和以太網標準連入主機系統(tǒng)。對多數(shù)機器視覺應用而言，USB 3.1Gen 1和千兆以太網消費型接口具備便捷、速度、簡單和價格合理的組合優(yōu)勢。此外，消費型接口支持通過廣泛可用的硬件和外圍設備執(zhí)行機器視覺功能。您可以從亞馬遜 （Amazon） 或您當?shù)?a href="http://www.xsypw.cn/v/tag/1247/" target="_blank">電腦城或電子產品店購買USB和以太網集線器、交換機、電纜和接口卡，不同的價格都能滿足您的需求。大多數(shù) PC、筆記本和嵌入式系統(tǒng)均至少包含一個千兆以太網或USB 3.1 Gen 1端口。

這些接口類別的最大區(qū)別是帶寬。在既定分辨率條件下，更快的接口支持更高的幀率（圖1）。更快的接口讓您每秒捕捉更多圖像或捕捉分辨率更高的圖像，同時又不影響吞吐量。

圖 1. 每種接口的可用帶寬與傳感器分辨率和最終幀率。

舉例來說，半導體晶片檢測系統(tǒng)的晶片如果從8” 升級到12”，需要分辨率更高的攝像頭。這種情況下，系統(tǒng)設計人員需要在“保留現(xiàn)有接口”和“犧牲吞吐量換取更高分辨率”兩者間作出選擇，或者升級為更快接口來維持或提高吞吐量。

您對分辨率、幀率、電纜長度和主機系統(tǒng)組態(tài)的要求均應納入考量，方能確保獲得所需性能，同時不需要花費超出需求的成本。FLIR 的機器視覺攝像頭支持所有三種可信賴且廣泛可用的接口。

通用串行總線 （USB）

USB隨處可見。您可以看看四周有多少個USB設備和配件。您覺得這意味著什么？意味著大多數(shù)USB機器視覺攝像頭使用的是USB 3.1 Gen 1接口。這種接口為攝像頭和主機系統(tǒng)之間提供最大4Gibt/s的圖像數(shù)據(jù)帶寬。USB3視覺標準確定了一組常用的設備探測、圖像傳輸和攝像頭控制協(xié)議，有助于保障各種攝像頭與軟件的兼容性。

USB支持直接內存存取（DMA）。有了DMA功能，圖像數(shù)據(jù)就可以從USB直接傳送到內存，然后供軟件使用。DMA同時具備在幾乎所有硬件平臺上對USB的廣泛支持性和USB控制器驅動程序的可用性，使USB非常適合用于嵌入式系統(tǒng)。USB3.1 Gen 1電纜最長 5m，因此嵌入式系統(tǒng)基本不會出現(xiàn)電纜長度的問題。USB 3.1 Gen 1可以為攝像頭提供最高4.5W的功率，簡化了系統(tǒng)設計。近期確立的USB供電技術規(guī)格允許一些主機為快速充電手機這類設備提供更多電力，此技術規(guī)格獨立于USB 3.1 Gen 1基礎標準，但機器視攝像頭制造商尚未采用。

圖 3. 不同類型的 USB 連接器

高度靈活的USB電纜有助于提高系統(tǒng)內（攝像頭在其中頻繁移動）電纜的使用壽命。有源光纜 （AOC） 可用于大幅延長工作距離并獲得電磁干擾 （EMI） 電阻。有源光纜的性能取決于吞吐量要求和主機系統(tǒng)組態(tài)。使用有源光纜時，即便是可以通過電纜供電的類型，F(xiàn)LIR也建議在外部通過GPIO為攝像頭供電。此外，鎖定USB電纜將為電纜、攝像頭和主機系統(tǒng)提供安全連接。購買鎖定電纜前，因為其選項多樣，F(xiàn)LIR建議檢查鎖定螺釘位置和間隔兼容性。

USB 3.1 Gen 1適用于FLIR BlackflyS - 盒裝和板級版本和小型Firefly S。

千兆以太網 （GigE）

GigE 提供最大1Gbit/s的圖像數(shù)據(jù)帶寬。它綜合了簡便性、速度、最長100m電纜以及通過單條電纜為攝像頭供電的能力等特性，是一種深受歡迎的攝像頭接口。以太網電纜提供堅固屏蔽層。因此非常適合因某些機器人和計量設備的強大電機而產生較大電磁干擾的環(huán)境。FLIR GigE攝像頭同時還擁有數(shù)據(jù)包重發(fā)功能，進一步增強傳輸可靠性。

與USB不同的是，GigE不支持DMA。包含圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)街鳈C，并在其中重組為圖像框架，之后再復制到軟件可存取內存。這一過程對于現(xiàn)代PC而言是小菜一碟，但仍然會造成某些系統(tǒng)資源受限的低功率嵌入式系統(tǒng)的延遲。

Gigabit以太網的廣泛使用意味著存在各種從電纜到交換機的支持產品，隨時滿足各類項目需求。GigE 攝像頭支持IEEE1588 PTP時間同步協(xié)議，使攝像頭和其他支持以太網的設備，如執(zhí)行機構和工業(yè)可編程邏輯控制器，可以在準確同步的共同時間基礎上運行。

以太網廣泛應用于眾多行業(yè)，促進許多專業(yè)電纜和連接器在各種用例中的可用性。例如，有的以太網電纜設計用于防范EMI（電磁干擾）、高溫和化學制品，還有的可以滿足高靈活性要求，等等。

以太網電纜擁有因結構而異的類別編號。GigE 最為常用的是CAT5e，而CAT6A、CAT7和CAT8 具備更高的EMI抗性，但成本更高，電纜直徑更大。一些工業(yè)設備使用X-Coded M12（圖3，右）連接器提供強化屏蔽，但對大多數(shù)應用來說，常見的RJ-45連接器便足以使用，成分更低，但說服力更強。此外，螺釘鎖定的RJ45連接器提高了RJ45 纜的安全性。

圖 5. 普及廣的 RJ45 連接器（左）和更不常見的 X-Coded M12 連接器（右）

注：RJ45連接器可以快速連接和斷開。X-Coded M12連接器（右）連接更慢，但IP等級版本更穩(wěn)固，適用性更好。

GigE 適用于FLIR Blackfly S - 盒裝和FLIR Blackfly S - 板級攝像頭。

萬兆以太網 （10GigE）

10GigE將帶寬提高到10Gbit/s，基于GigE的優(yōu)勢獲得提升。10GigE是高分辨率3D掃描、容積捕捉和精密計量的理想選擇。GigE和10GigE組合方式多樣。可以將多臺GigE攝像頭連入一臺10GigE交換機，實現(xiàn)主機系統(tǒng)上單10GigE端口全速運行多臺GigE攝像頭。由于CAT5e電纜只能在30m距離內運行于10GigE攝像頭，因此推薦使用CAT6A或更高等級的電纜。

10Gbit/s的數(shù)據(jù)量很大！采用高速CPU、PCIe 3.0和雙通道內存的現(xiàn)代PC系統(tǒng)足以處理這么大的數(shù)據(jù)量，而性能更強的系統(tǒng)則可以支持多臺10GigE攝像頭。系統(tǒng)資源減少的嵌入式系統(tǒng)一般無法達到跟進傳入圖像數(shù)據(jù)所需的內存帶寬和處理器速度。