千兆网工业相机技术之GigE接口

GigE Vision（GEV）之千兆网工业摄像机及千兆网的应用优点一、GigE Vision（GEV）之千兆网工业摄像机的应用优点1、很理想的传输距离由于Cameralink和LVDS等摄像头与PC机之间的连接是点对点连接、传输距离短（无中继10-20米）、价格昂贵，并且LVDS这种接口因其外形大、携带不方便、不通用等劣势，在2010年后逐步被淘汰，Cameralink现在的使用率也不是很高，除少数特定要求还在使用外其它需求基本被千兆网接口和USB 接口所代替，如MV-EM\E系列千兆网工业相机，体积仅为29*29mm,分辨率从30万像素到2900万像素可选，外观精巧、携带方便、高性价比，已在市场上被广泛应用，因此Cameralink和LVDS接口用于产品检测、质量控制、机器视觉等工业领域的图像处理系统就会有局限性，性价比极低。

MV-EM系列千兆网工业相机千兆网工业摄像机可通过100米标准的5类及以上局域网电缆与PC机连接起来。

通过光纤连接器，信号能够传递更远。

具有稳定、低隐患、高可靠性等优势。

如加一个很便宜的千兆网交换机，信号也能够传递更远。

2、高度集成，不需要图像采集卡（A\D转换）。

通常每一个工业摄像头都需要要有一个独立的PC机和图像采集卡，才能够采集图像进行处理，组成机器视觉系统，这样就增加了维护成本和系统的不稳定性。

千兆网工业摄像机只需要有千兆网卡就可工作，目前主流的PC主板都已自带千兆网卡可以很方便的进行连接。

3、多种千兆网联接方式①单个摄像机和单个PC机之间的连接②单个摄像机和多个PC机之间的连接③多个摄像机和单个PC机之间的连接图（1）图（2）图（3）MV-EM系列千兆网接口多相机DEMO二、千兆网的应用优势1、远距离无中继情况下可达100m，使用交换机或者光纤可达更远2、低成本①标准化的以太网设备，使得成本可以控，在工业费用预算内。

②维护费用低。

③较低的PC管理费用，办公级，配件需求少3、带宽高1Gb/s，108MB/s图像数据传输，适合当前90%的机器视觉应用4、超高的网络灵活性对于不同应用，工业摄像头到PC的连接和处理方法可以随意剪裁5、较低复杂度工业标准PC和以太网网络设备，通用性好。

千兆网工业相机技术之GigE接口
千兆网工业相机技术之Gigabit Ethernet (GigE)接口
GigE 接口是工业应用所新开发的一种图像接口技术，以Gigabit Ethernet 协议为标准，主要用做高速、大数据量的图像传输，远距离图像传输及降低远距离传输时电缆线的成本。

可通过一台控制单元对多台千兆网工业相机进行图像采集，目前千兆网工业相机已逐步代替其他接口成为主流，MV-VE系列产品是基于该接口研发生产的中高端千兆网工业相机。

：
1、全球标准
在全球网络连接中占97%
2、独立全双工连接
连接之间无带宽共享，这不是第一流的链路
通过电缆或者光纤实现双向连续数据传输
3、较高的可扩展性
10/100 Mb/s, 1 Gb/s (GigE), 10 Gb/s (10GigE)
4、高级的QoS特性
适合对延时要求较高的传输（语音，视频）
核心协议可以扩展来支持高性能应用
5、高可靠性
错误控制和包重发能力
6、支持无线传输
802.11标准接口
IP传输协议
7、TCP (Transmission Control Protocol)
验证所有传输→确保数据包接收
传输效率低下
8、UDP (User Datagram Protocol) 传输效率很高
不保证数据包的正确接收
9、RTP (Real-Time Protocol) 为低速多媒体流设计
不保证数据包的正确接收
10、千兆网GigE VS 其他标准
11、工业数字相机接口类型。

gige 接口标准
"GigE" 是指千兆以太网（Gigabit Ethernet）接口，用于数据通信，特别是在图像采集和处理领域中，常用于工业相机等设备。

以下是对GigE接口标准的详细介绍：
速率：
GigE接口支持千兆比特每秒（Gbps）的数据传输速率，提供高带宽的网络连接。

物理连接：
使用标准的RJ-45插座，类似于常见的以太网连接。

这使得它在现有的网络基础设施中更容易集成。

协议标准：
基于IEEE 802.3协议标准，与传统的以太网技术兼容。

这意味着它可以与其他以太网设备进行互操作。

数据帧格式：
遵循以太网数据帧格式，但在数据帧头部有特定的GigE Vision协议标识，以支持图像传输和设备控制。

GigE Vision标准：
为工业相机等设备提供了一个通用的图像传输和设备控制标准，确保了兼容性和互操作性。

GigE Vision定义了设备发现、图像传输和设备控制等方面的标准协议。

远距离传输：
GigE接口支持远距离传输，允许设备与计算机之间的连接距离达到几百英尺。

网络兼容性：
由于基于以太网标准，GigE设备可以连接到企业网络中，实现分
布式图像采集和处理。

驱动程序和软件支持：
有丰富的驱动程序和软件支持，包括用于设备控制、图像采集和数据处理的库和工具。

实时性能：
虽然GigE提供了高带宽，但由于以太网的共享特性，对于一些对实时性能要求较高的应用，可能不如一些专用的实时通信接口。

GigE接口的广泛应用使其成为工业图像采集领域的一种常见选择，尤其是在需要高带宽、灵活性和网络兼容性的场景中。

千兆网工业相机技术之Gigabit Ethernet (GigE)接口介绍关键词：GIge接口介绍,GIGE技术
GigE 接口是工业应用所新开发的一种图像接口技术，以Gigabit Ethernet 协议为标准，主要用做高速、大数据量的图像传输，远距离图像传输及降低远距离传输时电缆线的成本。

可通过一台控制单元对多台千兆网工业相机进行图像采集，目前千兆网工业相机已逐步代替其他接口成为主流，MV-EM\VE系列产品是基于该接口研发生产的中高端千兆网工业相机。

1、全球标准
在全球网络连接中占97%
2、独立全双工连接
连接之间无带宽共享，这不是第一流的链路
通过电缆或者光纤实现双向连续数据传输
3、较高的可扩展性
10/100 Mb/s, 1 Gb/s (GigE), 10 Gb/s (10GigE)
3、高级的QoS特性
适合对延时要求较高的传输（语音，视频）
核心协议可以扩展来支持高性能应用
4、高可靠性
错误控制和包重发能力。

Gige标准作为工业相机传输接口的一种重要标准，对于工业自动化和视觉检测等领域具有重要意义。

本文将对Gige标准的总体框架和层级进行讲解，希望能够为读者提供一份全面的Gige标准梳理。

二、Gige标准概述1. Gige标准的起源和发展Gige标准是由美国远距离电脑协会（本人A）在2006年发布的，旨在解决工业相机传输接口的标准化问题。

此后，Gige标准经过多年的发展，已成为工业相机领域最重要的传输接口标准之一。

2. Gige标准的作用和意义作为一种高速、稳定的传输接口，Gige标准在工业自动化、机器视觉、医学影像等领域具有广泛应用。

它可以实现高清图像的实时传输和远程控制，为各行业的数字化转型提供了重要支持。

三、Gige标准的总体框架1. 物理层Gige标准的物理层采用了基于以太网的传输技术，支持千兆以太网和百兆以太网两种传输方式。

物理层的设计可以保证图像数据的高速传输和稳定性。

2. 数据链路层数据链路层是Gige标准的核心部分，它定义了数据帧的格式、数据传输的时序和协议等内容。

数据链路层的设计是保证数据传输的可靠性3. 网络层Gige标准采用了TCP/IP协议作为网络层的标准，通过网络层可以实现远程控制和数据传输的功能。

网络层的设计是为了实现图像数据的远程传输和控制。

4. 应用层应用层是Gige标准的最上层，它定义了图像数据的格式、传输方式和控制指令等内容。

应用层的设计是为了保证图像数据的兼容性和可扩展性。

四、Gige标准各层级的详细讲解1. 物理层（1）支持千兆以太网和百兆以太网两种传输方式；（2）采用光纤或双绞线等传输介质，保证数据传输的稳定性；（3）支持自适应速率和全双工传输，满足不同场景下的数据传输需求。

2. 数据链路层（1）定义了Gige Vision数据帧的格式，包括帧起始码、帧头、图像数据和帧尾等部分；（2）采用了CRC校验和时间戳等技术，保证数据传输的可靠性和完整性；（3）支持多个相机同时传输数据，实现多路数据复用和解复用。

目前最常见的工业相机接口，有usb、1394（即火线）、gige、bnc、cameralink等。

USB:数字相机，直接输出数字图像信号。

usb全称是universalserialbus（通用串行总线）。

针对工业应用来说，usb接口的相机不是最佳选择。

主要原因是：没有工业图像传输标准；丢包率严重；传输距离短不易在工业现场布线；稳定性不好。

虽然usb接口的相机不适合于工业检测，但是由于usb接口相机使用方便，接口广泛。

在很多民用设备上的使用还是非常广泛的。

千兆以太网：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。

GIGE和GIGE Vision报告1. GIGE 介绍GigE，Gigabit Ethernet的缩写，也缩写为GbE或者1GigE，中文翻译为千兆网。

是一种通过以太网以每秒1千兆位进行传输的技术。

这项技术的执行标准由IEEE802.3-2008给出。

千兆网是由以太网不断发展演变过来的。

以太网最初由Xerox公司在上世纪70年代研发出来，近年来得到广泛应用，并随着工业需求不断更新。

基本上，以太网包括一个共享传输媒介，例如一个双绞线电缆或同轴电缆和一个多端口集线器，网桥或交换机。

计算机或打印机和工作站通过这个集线器/网桥/交换机使用电缆在一个星型或总线型配置下相互连接。

以太网最初支持最大理论数据率为10兆比特每秒(Mbps)。

稍后，快速以太网标准增加这个最大数据率到100 Mbps。

目前的千兆网和万兆网已经将此传输速度大大地提升了。

千兆网的传输拓扑结构与最初提出的以太网的传输拓扑类似，能够根据需要组建构建局域网，局域网之间通过交换机或网管互联构成更大的网络系统。

图1 千兆网拓扑千兆网有多种物理层标准，其中1000BASE-X为光纤介质标准，1000BASE-T 为双绞非屏蔽铜线标准，1000BASE-CX为屏蔽平衡铜线标准。

GigE以前的以太网主要以双绞屏蔽铜线为主，GigE目前一方面用在双绞屏蔽铜线介质上，另一方面用在光纤介质上。

为了达到高速数据传输的目的，千兆网的数据输出采用8b/10b的平衡编码，从而使得传输线上的直流分量保持平衡。

为了接入千兆网总线上设备的识别，数据冲突的解决，批量数据传输的拆分和组合等问题，千兆网具有较为完备的协议层定义。

也就是说，设备如果要通过千兆网传输数据，物理媒介上传输的信号除了需要发送的数据外，还需要加上一些额外的管理信息。

这就好比需要发送一封信，不是直接发送信本身，还需要将信装入一个信封中，并在信封上填写额外的信息。

而在千兆网的传输中，事情往往并不像单纯信件这么简单。

工业相机常见问题介绍（着重看6,18,20,23）1.工业相机的丢帧的问题是由什么原因引起的?经常会有一些机器视觉工程师认为USB接口的工业相机会造成丢帧现象。

一般而言，工业相机丢帧与工业相机所采用的传输接口是没有关系的，无论是USB，还是1394、GigE、或者是CameraLink。

设计不良的驱动程序或工业相机硬件才是造成丢帧的真正原因：设计不良的工业相机之所以会发生丢帧的现象，其实就是资料通道的堵塞，无法及时处理,所以新的图像进来时，前一张可能被迫丢弃，或是新的图像被迫丢弃。

要解决这问题，需要设计者针对驱动程序与工业相机硬件资料传输的每个环节进行精密的设计。

2：工业相机输入、输出接口有哪些?在机器视觉检测技术中，工业相机的输入、输出接口有Camera Link、IEEE 1394、USB2.0、Ethernet、USB3.0几种；3：知道被测物的长、宽、高以及要求的测量精度，如何来选择CCD 相机和工业镜头，选择以上器件需要注意什么?首先要选择合适的镜头。

选择镜头应该遵循以下原则：1).与之相配的相机的芯片尺寸是多大；2).相机的接口类型是哪种的，C 接口，CS 接口还是其它接口；3).镜头的工作距离；4).镜头视场角；5).镜头光谱特性；6).镜头畸变率；7).镜头机械结构尺寸；选择CCD 相机时，应该综合考虑以下几个方面：1).感光芯片类型；CCD 还是CMOS2).视频特点；包括点频、行频。

3).信号输出接口；4).相机的工作模式：连续，触发，控制，异步复位，长时间积分。

5).视频参数调整及控制方法：Manual、RS232.同时，选择CCD 的时候应该注意，l inch = 16mm 而不是等于25.4mm.4：CCD 相机与CMOS 相机的区别在哪里？1、成像过程CCD 与CMOS 图像传感器光电转换的原理相同，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS 芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。

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的数字相机产品大多为CameraLink和GigE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>CamGigE Vision™的可能性Gigabit Ethernet是将10Mbps・100Mbps（Fast Ethernet）的数据传输带宽扩大到1000Mbps（GigE）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VGA～UXGA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。

JAI对GigE Vision标准的所有产品免费提供专用的驱动程序及SDK（Software 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ITS（Intelligent 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。

GigEVision与GenICam的关系及工业相机的POE供电如今的视觉领域工业相机包含了很多的功能，而不仅仅是采集图像。

对于机器视觉相机来说，处理图像并把结果附加到图像数据流上，控制附加的硬件，代替应用程序作实时的处理等都是很平常的事情。

这也导致了相机的编程接口变得越来越复杂。

GenICam的目标是为所有类型的相机提供一个统一的编程接口。

无论相机使用的是哪种传输协议或者实现了哪些功能，编程接口（API）都是一样的欧洲机械视觉协会（EMVA）颁布了GenICam标准，它是与GigEVision 很接近的。

通过EMVA，GenICam的目标是为各种各样的相机提供通用的编程接口，MICOVISION MV-EM\E系列千兆网工业相机完全按照GenICam标准研发生产。

GenICam标准有许多个模块组成。

GenApi模块配置相机，它应该与其他任何接口技术—GigEVision，Camera Link，1394 DCAM等等，和采用的特性一样才行。

尽管GenICam标准不是专门针对使用千兆以太网，但是任何GigEVision设备必须提供一个XML设备描述文件，他可以与GenApi模块的句法一起编译。

GenICam的特征模板包括针对共同特性而推荐的名称和类型。

传输层获取图像。

之后，DataStream模块翻译可能附加到图像的额外数据。

GenICam标准的第一个版本仅仅包括GenApi模板，其他的将会加入进来。

以简单的方式，相机将能“告诉”处理器，它有哪些板载功能，这些功能怎么样被控制，而不需要学习文档。

一、GenICam组成GenApi –XML描述文件，用于设置相机的应用程序开发接口（API）SFNC (The GenICam Standard Features Naming Convention) 标准名称转换规则;GenTL –通用传输层接口，获取图像用的传输层（Transport Layer）协议CLProtocol –定制转换接口.二、GenICam应用三、GenICam 支持各种接口技术各种供应商的产品基于相同的GenICam应用，您可以使用各种接口的相机!三、Gigabit 千兆以太网供电(PoE)单电缆相机提高了工业视觉应用水平，采用PoE技术，打造低成本视觉解决方案，开辟新的应用空间。