随着对驱动机器视觉应用的高速解决方案的需求，制造商在组件方面有许多选择。帧抓取器是一个选择。然而，通过在驱动程序层面进行改变——加上现有的高速网卡技术——有可能在与基于帧捕获器的技术相同的性能和更低的成本下达到100GigE甚至更高的速度。以下是GigE视觉相机的简要时间表，界面的细节、优点和好处，以及关于使用10GigE至100GigE在制造业和其他领域保持机器视觉解决方案领先的信息。

GigE相机发展的简要背景

2010年，Emergent Vision Technologies推出了第一款具有10GigE接口的相机。为了满足市场对先进的图像传感器和对更高速度接口的需求，我们在2018年发布了第一代25GigE相机。之后随着传感器速度的不断提高，再次推动了对高速相机的需求，公司也随之在2020年推出了100GigE相机(图1)。

图1 100GigE相机

今天，许多GigE Vision解决方案和配件都是可用的。通常，相机控制分辨率和帧率，这是高速成像应用中的决定性因素。然而，附件和集成在图像采集框架中也起着重要的作用。一家信誉良好的机器视觉技术公司提供完整的采集解决方案，并就经过良好测试的架构提供建议，以提供超高速应用所需的性能。

GigE：从传统到优化

传统的GigE帧采集模型如图2所示。当1g不是最优时，为了实现更高性能的驱动程序，建议使用基于Intel PRO/1000的网卡。

优化后的GigE模型（图3所示）提供了远程直接内存访问(RDMA)和基于融合以太网的RDMA (RoCE)。该系统具有低CPU占用、无帧丢失、低抖动和低延迟的特点，与CoaXPress (CXP)相同。

图2

优化RDMA后的GigE模型提供了从一台主机(存储器或计算机)的内存直接访问另一台主机的内存，而不涉及远程操作系统和CPU。RoCE是标准协议，使RDMA在以太网上的高效数据传输成为可能，允许通过硬件RDMA引擎实现传输负载。这种设计网络优化了性能，具有更低的延迟、更低的CPU负载和更高的带宽。

图3

GigE视觉优势

随着IEEE标准化和GigE解决方案的成功，制造商有许多硬件、软件和配件的选择。例如，GigE视觉解决方案可以使用现成的网卡或FPGA卡直接连接到100GigE相机，从而降低了系统的复杂度。

成像系统设计的一个驱动力是对更高级机器视觉的需求。例如，图形处理单元(GPU)在涉及更高速度、3D成像和深度学习的应用程序中得到了越来越多的使用。集成GPU可以引入AI解决方案来驱动高级成像系统。AI处理技术的一个重大进步是NVIDIA的BlueField-2，它将NIC和GPU结合到一个一卡通解决方案中。这些创新继续发展和扩展机器视觉和成像技术的能力。

图4

借助第三方现成的配件、GPU支持、快速的数据传输和不断增加的帧率；GigE相机的好处是扩大了使用范围到工厂以外。如图4所示，两个具有双网卡和NVIDIA Xavier GPU的25 GigE相机为无人机系统部署提供了精确的架构。

随着成像解决方案走出工厂，GigE Vision降低复杂性的能力对原始设备制造商越来越重要。此外，由于SFP+ (10G)、SFP28 (25G)和QSFP28 (100G)提供了低成本的商用收发器部件，单模光纤的传输距离可以达到10公里以上。电缆长度在相机可能需要远离PC的应用中被证明是至关重要的，例如监控、交通和体育技术。简而言之，采用GigE相机的好处包括:

超高的数据和帧率；配件和电缆选项，覆盖长距离；相机同步PTP(精确时间协议)；相机多路复用和多播；低CPU开销，低延迟和低抖动；强大的跨行业接受，由于IEEE标准化；具有竞争力的成本和性能。

GigE Vision与CoaXPress：现实生活中的例子和对比

图5所示的GigE Vision解决方案显示了24只10GigE相机，一个PTP同步开关，将24只相机复用到双100G链路上，以及一个用于将图像帧放入系统内存的单槽100G双网卡。同等的CXP系统需要三个八进制CXP采集卡。本例中10GigE和CXP6之间的差异如表1所示。

图5

图6

中的另一个实际部署展示了12只25GigE相机、一个开关和一个双100G网卡。为了使CXP系统达到与此设置相同的性能水平，它需要12只CXP12相机加上3个单独的CXP12采集卡。那些希望在较长距离部署光纤CXP选项的人还需要在材料清单中增加6个光纤适配器，进一步增加项目的总成本。                                                      

图7

在图7中的另一个示例中，它需要2只CXP12相机(每只有8个端口)和4只CXP-12采集卡，以达到由两个连接到双100G网卡的100G相机组成的GigE Vision设置，进一步突出了GigE Vision的成本效率。

图8

当使用多个相机工作时，精确的计时和时间戳帮助成像系统基于内部时间命令执行预定和同步的同时采集，而不需要外部触发器。将许多图像和数据组合成单个流需要计算和处理能力。GigE相机和配件将多个相机实时组合成准确的流。以太网交换机的可用性为系统设计人员提供了一种简单的方法来实现多相机同步到1个相机的IEEE1588 PTP传输。

拥有触发选项有助于集成和扩展GigE相机应用程序。例如，在极少数情况下，客户希望从网卡触发相机，Emergent有自己的双端口25Gb网卡和单端口100Gb网卡，前端面板触发端口。此外，前面提到的FPGA卡也具有IO端口功能。

软件简化了GigE集成和操作

随着GigE在工业界的广泛应用，有许多软件可供使用。一个例子是eCapture免费查看软件，它控制所有的相机功能预览，捕捉，和保存。高级功能包括感兴趣区域(AOI)、集成控制和标准预处理，包括亮度、Gamma和帧速率控制。

eSDK软件开发工具包允许终端用户、系统集成商和OEM在需要时将他们的Emergent Vision Technologies相机集成到他们自己的软件和设备中。

Emergent还提供了eCapture Pro，这是一个完整的软件，适用于各种应用，如AOI和体积捕获，为开发资源有限或在超高速视觉技术方面没有专业知识的客户提供。

图9

高速成像接口的未来

新型图像传感器的出现在很大程度上推动了成像速度的进步，而高速应用需求又推动了图像传感器的发展。许多应用程序需要高分辨率的图像，如果没有更快的接口，帧速率可能无法满足要求。10GigE、25GigE、50GigE和100GigE等接口满足了虚拟现实、体积捕获、体育分析和自动光学检测等应用的高分辨率、高速需求。

GigE Vision的其他优点包括低服务器占用率、简化的系统架构、多播视频技术、具有竞争力的成本和性能，以及更短的上市时间。这些优势使GigE Vision解决方案能够在多个行业扩展成像应用，并将继续这样做。

高速成像的明确选择

当考虑GigE视觉对高速成像的好处时，人们可能会想，当GigE视觉相机显然为机器视觉应用提供了高速接口的最佳选择时，推出CXP这样的新标准是否有足够的好处。注意事项包括:

10G, 25G, 50G, 100G和更高，具备超高的数据/帧速率；使用标准内置网卡功能，CPU和内存使用率相同；稳定的图像采集时序；图像获取不会减慢处理速度；通过小的调整和现成的组件，GigE可以完成几乎任何CXP的功能；CoaXPress over Fiber的电源电缆可以不需要；CoaXPress在高速应用中使用多同轴电缆，可以使用额外的电缆作为以太网电源；CoaXPress over Fiber使用以太网物理层；CoaXPress over Fiber是CXP的扩展，试图使其跟上GigE的速度。(参考超高速和长电缆)；CoaXPress over Fiber只有少数相机供应商建议使用这个标准；名称CoaXPress本身指的是同轴电缆-而不是光纤-所以命名本身是误导；GigE的上市时间更快，因为10GigE, 25GigE和100GigE现在都可以使用。