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        Gige Vision

        時間:2013-12-10 09:34來源:機器視覺網http://www.sztcdj.cn 作者:石鑫華機器視覺網 點擊: 99999次
        GigE Vision Gige Vision 概述 GigE Vision是由自動化影像協會AIA(Automated Imaging Association)發起指定的一種基于千兆以太網的圖像傳輸的標準。具有傳輸距離長(無中繼時100米)、傳輸效率高并可向上升級到萬兆網、通信控制方便、軟硬件互換性強、可靠性高等優點,

        GigE Vision

        Gige Vision
        Gige Vision

        概述

        GigE Vision是由自動化影像協會AIA(Automated Imaging Association)發起指定的一種基于千兆以太網的圖像傳輸的標準。具有傳輸距離長(無中繼時100米)、傳輸效率高并可向上升級到萬兆網、通信控制方便、軟硬件互換性強、可靠性高等優點,是未來數字圖像領域的主要接口標準,必將被越來越多的商家多采用。
        GigE Vision標準委員會的主要成員都是國際知名的圖像系統軟硬件提供商。
        GigE Vision與標準千兆以太網相機,在硬件架構上基本完全一樣(對網卡的要求有微小區別),只是在底層的驅動軟件上有所區別。他主要解決標準千兆網的兩個問題:
        標準千兆網的兩個問題
        1. 數據包小而導致的傳輸效率低。標準千兆網的數據包為1440字節,而GigE Vision 采用所謂的“Jumbo packet”,其最大數據包可達16224字節。
        2. CPU占用率過高。標準千兆網采用TCP/IP協議,在部分使用DMA控制以提高傳輸效率的情況下,可做到82MB/s時CPU占用率15%。GigE Vision 驅動采用UPD/IP協議,采用完全的DMA控制,大大降低了CPU的占用率,在同等配置情況下可做到108MB/s時CPU占用率為2%。

        GigE Vision技術

        GigE Vision是由AIA創建并推廣的,適于工業成像應用,通過網絡傳輸視頻信號的標準。隨著以太網技術的飛速發展,建立在現存網絡標準基礎上的GigE Vision在長度和速度上顯示了一定的優勢。
        GigE Vision相對于模擬標準而言的優勢是,它是數字的,無需圖像采集卡且更偏重與圖像處理功能;相對于Camera Link而言,GigE Vision的優勢是它的傳輸距離長、無需圖像采集卡和更偏重于圖像處理功能;相對于IEEE 1394而言,GigE Vision的最大數據率更高,傳輸距離更長;相對于USB 2.0而言,GigE Vision的優勢是,它是一項更完整的標準、更高的最大數據率、更長的傳輸距離。
        困擾GigE Vision的一個主要問題是,以太網協議是基于包交換的,每次收到數據包的時候都要向CPU發起中斷,大數據量的圖像傳輸,使CPU疲于應付數據包的中斷,造成丟包、延遲等現象。對此可以采取以下幾種不同的改進措施,選擇巨幀設置,提高中斷節流率,提高接受描述符的值,卸載協議操作和圖像重組。對于2K*2K的8位15fps的圖像數據,采用巨幀技術時,每秒中斷42000次,CPU占用率為21%;采用提高中斷節流率技術時,每秒中斷7000次, CPU占用率為9%;同時采用巨幀、提高中斷節流率、提高接受描述符值三種技術時,每秒中斷1100次,CPU占用率為7.4%。同時為了減少控制信息在以太網上的傳輸延遲,在PC上安裝GPIO卡,讓PC在對圖像進行識別后直接向彈出機構發出次品彈出控制信號。
        GigE Vision的MIL驅動是GigE Vision與硬件無關的關鍵。只需要選擇合適的網卡編寫相應的XML格式的MIL驅動,即可應用GigE Vision。MIL驅動發送真實的待處理圖像,CPU占用低;支持點對點網絡或者交換機網絡配置;支持單端口或多端口NIC;最多可同時控制16部攝像 頭;支持強制性標準和推薦性標準的攝像頭特征;甚至可以自定義相機特性。

        機器視覺產品的GigE Vision標準 

        GigE Vision是一種基于千兆以太網通信協議開發的相機接口標準。在工業機器視覺產品的應用中,GigE Vision允許用戶在很長距離上用廉價的標準線纜進行快速圖像傳輸。它還能在不同廠商的軟、硬件之間輕松實現互操作。 
          自動化成像協會(The Automated Imaging Association,AIA)對該標準的持續發展和執行實施監督。GigE Vision由一支50家公司組成的團隊共同開發。這些公司包括有:Adimec、 Atmel、 Basler AG、 CyberOptics、DALSA、JAI A/S、JAI PULNiX、 Matrox、 National Instruments、 Photonfocus、 Pleora Technologies和Stemmer Imaging。GigE Vision基于千兆以太網標準,使用標準的以太網類線纜,它試圖統一目前針對機器視覺產品中工業相機的協議,并允許第三方組織開發兼容的軟、硬件。
        許多產品已經能夠支持該標準。National Instruments提供了一款用于PXI Express的高性能 
        雙千兆以太網接口,JAI則發布了兩款配有標準GigE Vision數字接口的高性能1600萬像素相機。 
          AIA的市場分析部門主任Paul Kellett說,“自從該標準于2006年實施以來,GigE Vision相機在出貨量上翻了六番并在銷售收入上翻了五番。這就打消了人們對GigE Vision的重要性能否保持增長的疑慮。”他還補充道,我們不能夠把那些僅宣稱自己是“GigE”的設備和GigE Vision混為一談。GigE設備也許采用了Ethernet方式連接,但是沒有“GigE Vision”標志的設備無法使用GigE Vision通信協議,也無法以即插即用的方式和GigE Vision兼容設備連接。 
          GigE Vision標準的特點包括快捷的數據傳輸速率——最高達到1,000Mbit/s(基于1000BASE-T傳輸介質標準)——以及最遠可達100米的傳輸距離(有些生產商甚至宣稱可達150米)。這一距離超過了IEEE 1394、USB和同由自動化成像協會管理且同樣應用于機器視覺產品的Cameralink通信協議的傳輸距離。在使用轉換器或中繼器的情況下,傳輸距離還能夠進一步增加。如果所使用的線纜是簡化形式的,那么還需要一根單獨的線纜為相機供電。 

        GigE Vision主要由四部分構成

          ■  基于UDP協議的GigE Vision控制協議:該標準定義了如何對設備進行控制和組態。規定了相機和計算機之間發送圖像及配置數據的流通道和機制; 
          ■  GigE Vision流控制協議:該協議涵蓋了數據類型的定義和通過GigE傳輸圖像的方式; 
          ■  GigE設備發現機制:該機制提供了獲取IP地址的方法; 
          ■  基于GenICam標準的XML描述文件:該數據表單提供了相機控制和圖像數據流訪問的權限。 
        GigE Vision標準委員會發布了該標準的1.1版,同時公布了一些新特性。此外,該標準—原本只發布英文版—現在也有了日文版。GigE Vision標準委員會主席Eric Carey強調:“這是自該標準推出以來的第一個修訂版。雖然該修訂版本身沒有引入新的相機特征,但是它在細節方面的修改使開發商和相機制造商能夠更好地控制內部進程,從而提供了功能更全明的相機方案。” 
        Carey表示,委員會希望該接口能跟上以太網帶寬的成長腳步。而且,隨著該協議逐漸成為主流,委員會已經計劃將10GigE協議融合進來。 
          該版本的一些新特征被涵蓋在大量更新、聲明和改進文檔中。這些新特性包括支持新的像素格式和Bayer格式;改進的錯誤處理功能;支持多個版本的GenICam圖解和GenAPI以及能夠同時向多臺設備發送動作命令和管理執行時間的新命令。 
        許多現有的設備已經能夠支持該標準了。例如,2008年6月,National Instruments發布了其首款用于PXI Express的高性能雙千兆以太網接口。2009年4月,JAI全新推出了兩款配有標準GigE Vision數字接口的1600萬像素相機。這些相機與任何滿足GigE Vision或GenICam標準的應用開發工具兼容,并且支持JAI自家的相機控制工具和軟件開發包。

        Gige Vision性能型驅動和過濾型驅動

        GigE Vision性能型驅動將導入的圖像數據包與網絡上的其他信息快速分開,使用于視覺應用程序的CPU占用率達到最低。此驅動僅適用于配有特定Intel芯片組的網卡。從這里我們可以了解到,NI的IMAQdx驅動使用的就是這種性能型驅動,NI的IMAQdx驅動是必須使用Intel芯片組才可以找到相機并采集圖像的,這也是NI視覺軟件挑卡的主要原因。如果需要使用NI軟件采集千兆網中的圖像,推薦使用Intel芯片組網卡。
        GigEVision過濾型驅動支持各種硬件,普通GigE網卡以及主板集成的GigE端口。像Basler這些品牌的相機,基本上都支持過濾型驅動、性能型驅動兩種驅動。機器視覺商城有很多Basler的Gige Vision相機,支持以上兩種驅動模式。

        國產千兆網相機

        國產相機中,現在也有許多廠商制造生產千兆網相機,但是我們可以發現一個現象,所有的相機廠商家說明這是千兆網相機,并不會表示該相機符合Gige Vision規范。也就是國產千兆網相機都是使用的Gige協議(TCP/IP),而并沒有使用Gige Vision(UDP)協議。這也是國產千兆網相機的圖像采集只能通過自己特殊的DLL等進行驅動采集圖像,而不能即插即用的原因。而在標準協議上的支持不同,造成了性能上的巨大差別,如大恒的DH-SV401GC/GM(SONY ICX415CCD),40萬像素(780×582),幀率只有50FPS,而Basler的acA 640-120gm/gc(SONY ICX618),30萬像素(659×494),幀率達到了120FPS,而同樣的使用ICX415CCD的Basler acA780-75gm/gc,40萬像素(782×582),幀率同樣也達到了75FPS。從這些硬性數據上也可以發現,國產相機與國外相機之間的差距。
         
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