2024年2月9日发(作者：种含海)
多种工业相机接口比较
图像采集设备的前端是相机接口，相机接口可分为模拟视频和数字视频两类。
模拟： 传统的的模拟方式(要采集卡)
Camera Link： 专用于高速图像处理的数字接口(要采集卡)
IEEE1394： 可以和PC直接连接的数字接口
GigE Vision： 利用网络的相机接口
模拟接口
模拟视频又包括标准模拟视频和非标模拟视频。
标准模拟信号一览表
视频信号 参数
EIA
NTSC
CCIR
PAL
应用地区
30帧/秒 525线/场 黑白
美国、日本等国家和地区采用。
30帧/秒 525线/场 彩色
25帧/秒 625线/场 黑白
中国、香港、中东地区和欧洲
25帧/秒 625线/场 彩色
SECAM 25帧/秒 625线/场 彩色 俄罗斯、法国、埃及等国家
模拟视频有近百年历史，由于固有原因，和近十几年兴起的数字视频相比，精度差很多，随着数字化技术的发展，模拟视频终究会消亡，但模拟视频的消亡还要有相当长的一段时间，由于模拟视频设备的低价格，在视觉应用的低端领域还有相当的市场。目前市场上还存在很多模拟图像采集卡，此类采集卡一般都应用于视频显示、视频转换等，部分应用于机器视觉处理。
数字接口
传统数字视频（RS-422，LVDS)
Channel Link
Camera Link
USB
IEEE1394
Gigabit Ethernet
RS-422/LVDS
RS-422和LVDS同为低压差分信号，LVDS就是Low Voltage Differential Signaling的缩写。低压差分信号的原理是用两根线同时传输信号，两条线的电压相反，在接收端通过两根线上的信号强度差来得到最终的数据。信道中引入的噪声同时出现在这两根线上，相减后信号噪声被去除，信号信息不受影响。信号的抗噪声能力得到提高，电压随之降低，使信号传输距离也得到提高，RS-422的最高传输距离可达1200米。
LVDS电压信号比RS-422更低，为350mV(RS-422为2.4V)，从而进一步降低了噪声，提高了速率，降低了信号辐射和功耗。根据Texas Instruments公司测试，LVDS 最高可达400 Mbps，极限速度可达1Gbps，而功耗仅为RS-422的1/8。350mV的信号摆幅使其在低损耗媒介中的理论速率高达1.923Gbps，LVDS采用电流驱动，可以承受1V的共模电压噪声。LVDS是Channel Link和Camera Link接口的基础。
Channel Link
Channel Link是基于LVDS的标准，只是把并行数据进行了串行化，降低传输电缆的数量。Channel
Link总数据传输率达1.8Gbps，早期应用在数字通讯领域。
Channel Link芯片定义了一个在5对双绞线上传输28bit数据的应用。在发送端有28路数据信号和1路时钟信号并将这些信号并/串转换为5组差分信号对。其中数据4对，时钟1对。在接收端对5组差分信号对进行串/并转换，得到28bits的数据和1路时钟信号，用于驱动接收端的其他电路。Channel LinkV1.1定义的时钟速度达85MHz，数据传输率达2.38Gbps。目前用于视频图像领域的主流Channel Link芯片时钟速度达75MHz，数据传输率达2.1Gbps。
Camera Link
Camera Link是从Channel Link技术发展而来的，在Channel Link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。任何具有“Camera Link”标志的产品可以方便地连接。Camera Link标准由美国自动化工业学会AIA制定、修改、发布，Camera Link接口标准解决了高速传输问题。
Camera Link Base的结构图
Base Camera Link 内部结构图
管脚示意图
Camera Link接口有三种配置Base、Medium、Full，主要是解决数据传输量问题，这为不同速度的相机提供了合适的配置和连接方式。
Base占用3个端口（一个Channel Link芯片包含3个端口）、1个Channel Link芯片。一个Base使用一个连接接口。如果使用2个一样的 Base接口，就成为双Base接口，如Dalsa（原Coreco）公司的X64_CL系列帧采集卡。
Medium = 1 Base ＋ 1 Channel Link基本单元
Medium Camera Link接口图
Full = 1 Base ＋ 2 Channel Link基本单元
Full Camera Link接口图
三种端口配置的使用情况：
配置
BASE
支持的端口
A,B,C
芯片数目 接口数目 有效数据带宽（@ 75MHz）
1
2
1
2
75M*8*3 = 1.8 Gbps
75M*8*6 = 3.6 Gbps MEDIUM A,B,C,D,E,F
FULL A,B,C,D,E,F,G,H 3 2 75M*8*8 = 4.8 Gbps
PoCL即Power on Camera Link，在Camera Link接口中增加两条电源线，在采集的同时实现对相机的供电。
MiniCL是一种新型更紧凑的Camera Link接口，如下图所示Camera Link和Mini Camera Link接口图片。
USB
USB，全称是Universal Serial Bus（通用串行总线），它是1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999年，USB才真正被广泛应用。
USB接口是4“针”，其中2根为电源线、2根为信号线。USB是串行接口，可热拔插，连接方便。用USB连接的外围设备数目最多达127个，共6层，所谓6层是指从主装置开始可以经由5层的集线器进行菊花链接，用不着担心要连接的装置数目受限制；两个外设之间最长通信可以距离5米。USB1.1接口支持同步和异步数据的传输，数据传输率最高达12Mbps，比标准串口快100倍，比并口快10倍；USB 2.0向下兼容USB 1.1、USB 1.0，数据的传输率将达到120Mbps～480Mbps。
IEEE1394
1394接口，又称“火线”（FireWire），最早是由美国苹果公司开发用于计算机网络互联的接口，用于将数码产品与计算机及其他机器之间的连接。
IEEE1394总线是一种目前为止最快的高速串行总线，1394a最高的传输速度为400Mbps，1394b最高的传输速度为800Mbps。IEEE1394支持即插即用，现在的WIN98 SE、WIN2000、WIN ME、WIN XP都支持IEEE1394，在这些操作系统中用户不用再安装驱动程序，也能使用IEEE1394设备。
1394接口分为4芯和6芯，4芯中有两对数据线，6芯除数据线外还包括一组电源线以对外接设备进行供电。IEEE 1394接口，不需要控制器，可以实现对等传输，1394a最大传输距离为4.5米，1394b传输距离通常为10米，在降数据率情况下可延伸到100米（100Mbps），采用中继设备支持可进一步提高传输距离。
1394接口具有以下特点：
速度快：数据传输率1394a为400Mbps，1394b为800Mbps将来可达1.6Gbps。
开放式标准：开放式标准使得1394接口标准可以应用于很多设备。
真正的点对点传输协议：可以使得不同的数字设备之间通过1394接口直接连接而无需计算机的干涉。如Point Grey的1394相机，可通过1394接口实现多相机的同步。
支持热拔插：方便使用。
多媒体应用的实时数据传输。
Gigabit Ethernet
千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络效率的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的特点。
千兆以太网技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地节约成本。
千兆以太网的主要特点：
简易性：千兆以太网继承了以太网、快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理维护都很简单。
扩展性：由于千兆以太网采用了以太网、快速以太网的基本技术，因此由10Base-T、100Base-T升级到千兆以太网非常容易。
可靠性：由于千兆以太网保持了以太网、快速以太网的安装维护方法，采用星型网络结构，因此网络具有很高的可靠性。
经济性：由于千兆以太网是10Base-T和100Base-T的继承和发展，一方面降低了研究成本，另一方面由于10Base-T和100Base-T的广泛应用，作为其升级产品，千兆以太网的大量应用只是时间问题。目前Dalsa、JAI、Imperx、Mikrotron等公司都有千兆以太网相机产品。
可管理维护性：千兆以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监视（RMON）等网络管理技术，许多厂商开发了大量的网络管理软件，使千兆以太网的集中管理和维护非常简便。
广泛应用性：千兆以太网为局域主干网和城域主干网（借助单模光纤和光收发器）提供了一种高性能价格比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能施展其魅力。例如在千兆以太网上开展视频点播业务和虚拟电子商务等。
GigE Vision
GigE VisionTM 是由自动化影像协会AIA (Automated Imaging Association)发起制定的一种基于千兆以太网的图像传输的标准。具有传输距离长（无中继时100米）、传输效率高并可向上升级到万兆网、通信控制方便、软硬件互换性强、可靠性高等优点，是未来数字图像领域的主要接口标准，必将被越来越多的商家所采用。 GigE Vision标准委员会的主要成员都是国际知名的图像系统软硬件提供商，如Dalsa、JAI、Basler、Stemmer、Pleora、NI等。
GigE VisionTM与标准千兆以太网相机，在硬件架构上基本完全一样(对网卡的要求有微小区别)，只是在底层的驱动软件上有所区别。他主要解决标准千兆网的两个问题：
1. 数据包小而导致的传输效率低。标准千兆网的数据包为1440字节，而GigE VisionTM采用所谓的“Jumbo packet”，其最大数据包可达16224字节。
2. CPU占用率过高。标准千兆网采用TCP/IP协议，在部分使用DMA控制以提高传输效率的情况下，可做到82MB/s时CPU占用率15%。GigE VisionTM驱动采用的是UPD/IP协议，采用完全的DMA控制，大大降低了CPU的占用率，在同等配置情况下可做到108MB/s时CPU占用率为2%。
几种接口技术的比较
接口技术
标准类型
GigE Firewire USB
Consumer
Camera Link
Commercial Commercial Consumer
点对点或LAN
link
点对点
– 共享总线
主/从
– 共享总线
点对点
– (MDR 26 pin)
<2380Mb/s (base)
<7140Mb/s (full)
连续模式
连接方式
(Cat 5 TP -
RJ45)
带宽
<1000Mb/s
连续模式
<100m(no
switch)
-max
w/switch No Limit
<400Mb/s <12Mb/s USB1 <480Mb/s USB2
连续模式 突发模式
距离:
<4.5m
<5m
72m
30m
200m
63
PCI card
127
PCI card
1
PCI Frame grabber
<10m
-max w/fiber No Limit
可连接设备数量
PC Interface
Unlimited
GigE NIC
深圳市视清科技有限公司-以自主产品为支撑的机器视觉方案供应商！
2024年2月9日发(作者：种含海)
多种工业相机接口比较
图像采集设备的前端是相机接口，相机接口可分为模拟视频和数字视频两类。
模拟： 传统的的模拟方式(要采集卡)
Camera Link： 专用于高速图像处理的数字接口(要采集卡)
IEEE1394： 可以和PC直接连接的数字接口
GigE Vision： 利用网络的相机接口
模拟接口
模拟视频又包括标准模拟视频和非标模拟视频。
标准模拟信号一览表
视频信号 参数
EIA
NTSC
CCIR
PAL
应用地区
30帧/秒 525线/场 黑白
美国、日本等国家和地区采用。
30帧/秒 525线/场 彩色
25帧/秒 625线/场 黑白
中国、香港、中东地区和欧洲
25帧/秒 625线/场 彩色
SECAM 25帧/秒 625线/场 彩色 俄罗斯、法国、埃及等国家
模拟视频有近百年历史，由于固有原因，和近十几年兴起的数字视频相比，精度差很多，随着数字化技术的发展，模拟视频终究会消亡，但模拟视频的消亡还要有相当长的一段时间，由于模拟视频设备的低价格，在视觉应用的低端领域还有相当的市场。目前市场上还存在很多模拟图像采集卡，此类采集卡一般都应用于视频显示、视频转换等，部分应用于机器视觉处理。
数字接口
传统数字视频（RS-422，LVDS)
Channel Link
Camera Link
USB
IEEE1394
Gigabit Ethernet
RS-422/LVDS
RS-422和LVDS同为低压差分信号，LVDS就是Low Voltage Differential Signaling的缩写。低压差分信号的原理是用两根线同时传输信号，两条线的电压相反，在接收端通过两根线上的信号强度差来得到最终的数据。信道中引入的噪声同时出现在这两根线上，相减后信号噪声被去除，信号信息不受影响。信号的抗噪声能力得到提高，电压随之降低，使信号传输距离也得到提高，RS-422的最高传输距离可达1200米。
LVDS电压信号比RS-422更低，为350mV(RS-422为2.4V)，从而进一步降低了噪声，提高了速率，降低了信号辐射和功耗。根据Texas Instruments公司测试，LVDS 最高可达400 Mbps，极限速度可达1Gbps，而功耗仅为RS-422的1/8。350mV的信号摆幅使其在低损耗媒介中的理论速率高达1.923Gbps，LVDS采用电流驱动，可以承受1V的共模电压噪声。LVDS是Channel Link和Camera Link接口的基础。
Channel Link
Channel Link是基于LVDS的标准，只是把并行数据进行了串行化，降低传输电缆的数量。Channel
Link总数据传输率达1.8Gbps，早期应用在数字通讯领域。
Channel Link芯片定义了一个在5对双绞线上传输28bit数据的应用。在发送端有28路数据信号和1路时钟信号并将这些信号并/串转换为5组差分信号对。其中数据4对，时钟1对。在接收端对5组差分信号对进行串/并转换，得到28bits的数据和1路时钟信号，用于驱动接收端的其他电路。Channel LinkV1.1定义的时钟速度达85MHz，数据传输率达2.38Gbps。目前用于视频图像领域的主流Channel Link芯片时钟速度达75MHz，数据传输率达2.1Gbps。
Camera Link
Camera Link是从Channel Link技术发展而来的，在Channel Link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。任何具有“Camera Link”标志的产品可以方便地连接。Camera Link标准由美国自动化工业学会AIA制定、修改、发布，Camera Link接口标准解决了高速传输问题。
Camera Link Base的结构图
Base Camera Link 内部结构图
管脚示意图
Camera Link接口有三种配置Base、Medium、Full，主要是解决数据传输量问题，这为不同速度的相机提供了合适的配置和连接方式。
Base占用3个端口（一个Channel Link芯片包含3个端口）、1个Channel Link芯片。一个Base使用一个连接接口。如果使用2个一样的 Base接口，就成为双Base接口，如Dalsa（原Coreco）公司的X64_CL系列帧采集卡。
Medium = 1 Base ＋ 1 Channel Link基本单元
Medium Camera Link接口图
Full = 1 Base ＋ 2 Channel Link基本单元
Full Camera Link接口图
三种端口配置的使用情况：
配置
BASE
支持的端口
A,B,C
芯片数目 接口数目 有效数据带宽（@ 75MHz）
1
2
1
2
75M*8*3 = 1.8 Gbps
75M*8*6 = 3.6 Gbps MEDIUM A,B,C,D,E,F
FULL A,B,C,D,E,F,G,H 3 2 75M*8*8 = 4.8 Gbps
PoCL即Power on Camera Link，在Camera Link接口中增加两条电源线，在采集的同时实现对相机的供电。
MiniCL是一种新型更紧凑的Camera Link接口，如下图所示Camera Link和Mini Camera Link接口图片。
USB
USB，全称是Universal Serial Bus（通用串行总线），它是1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999年，USB才真正被广泛应用。
USB接口是4“针”，其中2根为电源线、2根为信号线。USB是串行接口，可热拔插，连接方便。用USB连接的外围设备数目最多达127个，共6层，所谓6层是指从主装置开始可以经由5层的集线器进行菊花链接，用不着担心要连接的装置数目受限制；两个外设之间最长通信可以距离5米。USB1.1接口支持同步和异步数据的传输，数据传输率最高达12Mbps，比标准串口快100倍，比并口快10倍；USB 2.0向下兼容USB 1.1、USB 1.0，数据的传输率将达到120Mbps～480Mbps。
IEEE1394
1394接口，又称“火线”（FireWire），最早是由美国苹果公司开发用于计算机网络互联的接口，用于将数码产品与计算机及其他机器之间的连接。
IEEE1394总线是一种目前为止最快的高速串行总线，1394a最高的传输速度为400Mbps，1394b最高的传输速度为800Mbps。IEEE1394支持即插即用，现在的WIN98 SE、WIN2000、WIN ME、WIN XP都支持IEEE1394，在这些操作系统中用户不用再安装驱动程序，也能使用IEEE1394设备。
1394接口分为4芯和6芯，4芯中有两对数据线，6芯除数据线外还包括一组电源线以对外接设备进行供电。IEEE 1394接口，不需要控制器，可以实现对等传输，1394a最大传输距离为4.5米，1394b传输距离通常为10米，在降数据率情况下可延伸到100米（100Mbps），采用中继设备支持可进一步提高传输距离。
1394接口具有以下特点：
速度快：数据传输率1394a为400Mbps，1394b为800Mbps将来可达1.6Gbps。
开放式标准：开放式标准使得1394接口标准可以应用于很多设备。
真正的点对点传输协议：可以使得不同的数字设备之间通过1394接口直接连接而无需计算机的干涉。如Point Grey的1394相机，可通过1394接口实现多相机的同步。
支持热拔插：方便使用。
多媒体应用的实时数据传输。
Gigabit Ethernet
千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络效率的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的特点。
千兆以太网技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地节约成本。
千兆以太网的主要特点：
简易性：千兆以太网继承了以太网、快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理维护都很简单。
扩展性：由于千兆以太网采用了以太网、快速以太网的基本技术，因此由10Base-T、100Base-T升级到千兆以太网非常容易。
可靠性：由于千兆以太网保持了以太网、快速以太网的安装维护方法，采用星型网络结构，因此网络具有很高的可靠性。
经济性：由于千兆以太网是10Base-T和100Base-T的继承和发展，一方面降低了研究成本，另一方面由于10Base-T和100Base-T的广泛应用，作为其升级产品，千兆以太网的大量应用只是时间问题。目前Dalsa、JAI、Imperx、Mikrotron等公司都有千兆以太网相机产品。
可管理维护性：千兆以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监视（RMON）等网络管理技术，许多厂商开发了大量的网络管理软件，使千兆以太网的集中管理和维护非常简便。
广泛应用性：千兆以太网为局域主干网和城域主干网（借助单模光纤和光收发器）提供了一种高性能价格比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能施展其魅力。例如在千兆以太网上开展视频点播业务和虚拟电子商务等。
GigE Vision
GigE VisionTM 是由自动化影像协会AIA (Automated Imaging Association)发起制定的一种基于千兆以太网的图像传输的标准。具有传输距离长（无中继时100米）、传输效率高并可向上升级到万兆网、通信控制方便、软硬件互换性强、可靠性高等优点，是未来数字图像领域的主要接口标准，必将被越来越多的商家所采用。 GigE Vision标准委员会的主要成员都是国际知名的图像系统软硬件提供商，如Dalsa、JAI、Basler、Stemmer、Pleora、NI等。
GigE VisionTM与标准千兆以太网相机，在硬件架构上基本完全一样(对网卡的要求有微小区别)，只是在底层的驱动软件上有所区别。他主要解决标准千兆网的两个问题：
1. 数据包小而导致的传输效率低。标准千兆网的数据包为1440字节，而GigE VisionTM采用所谓的“Jumbo packet”，其最大数据包可达16224字节。
2. CPU占用率过高。标准千兆网采用TCP/IP协议，在部分使用DMA控制以提高传输效率的情况下，可做到82MB/s时CPU占用率15%。GigE VisionTM驱动采用的是UPD/IP协议，采用完全的DMA控制，大大降低了CPU的占用率，在同等配置情况下可做到108MB/s时CPU占用率为2%。
几种接口技术的比较
接口技术
标准类型
GigE Firewire USB
Consumer
Camera Link
Commercial Commercial Consumer
点对点或LAN
link
点对点
– 共享总线
主/从
– 共享总线
点对点
– (MDR 26 pin)
<2380Mb/s (base)
<7140Mb/s (full)
连续模式
连接方式
(Cat 5 TP -
RJ45)
带宽
<1000Mb/s
连续模式
<100m(no
switch)
-max
w/switch No Limit
<400Mb/s <12Mb/s USB1 <480Mb/s USB2
连续模式 突发模式
距离:
<4.5m
<5m
72m
30m
200m
63
PCI card
127
PCI card
1
PCI Frame grabber
<10m
-max w/fiber No Limit
可连接设备数量
PC Interface
Unlimited
GigE NIC
深圳市视清科技有限公司-以自主产品为支撑的机器视觉方案供应商！