千兆網(wǎng)相機知識課件

1、千兆網(wǎng)相機知識各類數(shù)字相機數(shù)據(jù)傳輸方式對比：LVDS(RS644) ：20米，兩根線/bit1394：10米，數(shù)據(jù)量小，6芯，高速Camera Link：1020米，串行方式，高速USB： 10米，數(shù)據(jù)量小Gige: 100米，數(shù)據(jù)量小千兆網(wǎng)對比其他數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)勢：傳輸距離長，無中繼可達100米，每加一個中繼可繼續(xù)延伸100米數(shù)據(jù)傳輸比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)包丟失會有重新發(fā)送機制支持POE給相機供電，在長距離傳輸數(shù)據(jù)可解決電源線壓降問題不需要圖像采集卡，只需要計算機有千兆網(wǎng)口即可使用通過交換機可以支持多播功能，多臺計算機可同時收到相機數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理其他子網(wǎng)子網(wǎng)路由器交換機主機主機主機主機

2、IP 數(shù)據(jù)包互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet主機-即用于連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。 可以是插有網(wǎng)卡的計算機、GigE相機等每一個主機必須在網(wǎng)絡(luò)上有唯一的IP地址主機不再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，所有不屬于主機IP地址的數(shù)據(jù)都將被丟棄。互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理網(wǎng)絡(luò)中的所有IP數(shù)據(jù)包都包含一個源IP地址和一個目的IP地址IP 數(shù)據(jù)目的源IP 報頭192.168.0.2192.168.0.1Payload Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data

3、 Packet互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理交換機用于連接多個主機，形成一個局域網(wǎng)(LAN)各主機通過定義子網(wǎng)掩碼配置到同一子網(wǎng)，以連接到同一交換機Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理路由器用于連接多個子網(wǎng)路由器根據(jù)目的IP地址和內(nèi)部路由表，將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)秸_的子網(wǎng)Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的方式有以下兩種：單播Unicast：一個設(shè)備直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵ㄟ^IP地址識別

4、的另一設(shè)備這是最常用的數(shù)據(jù)傳輸方式對點傳送Multicast：一個設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄儆谕欢帱c傳送IP地址的一組設(shè)備上Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理其他子網(wǎng)子網(wǎng)路由器交換機主機主機主機主機IP 數(shù)據(jù)包Unicast 單播互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理IP地址和子網(wǎng)掩碼IPv4地址長32位，格式為“w.x.y.z”，每個數(shù)在0-255之間IP地址由以下兩部分組成：地址前綴決定可能產(chǎn)生有多種中不同網(wǎng)絡(luò)主機ID決定有多少個不同設(shè)備可以連接到同一網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理IP地址和子網(wǎng)掩碼單播：共

5、有3個預(yù)設(shè)IP地址類型：Class C 是小型網(wǎng)絡(luò)中最常見的，例如192. 168. 1. 1互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理左圖中，網(wǎng)卡的IP地址=192.168.1.1子網(wǎng)掩碼 =255.255.255.0在IP地址和子網(wǎng)掩碼間的二進制與操作中，我們得到子網(wǎng)=192.168. 1. 0所有直接或通過交換機連接到該網(wǎng)卡上的主機必須設(shè)置成同一子網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理其他子網(wǎng)Subnet = 192.168.1.0RouterSwitchIP = 192.168.1.4Subnet mask = 255.255.255.0IP = 192.168.1.3Subnet mask =

6、 255.255.255.0IP = 192.168.1.2Subnet mask = 255.255.255.0IP = 192.168.1.1Subnet mask = 255.255.255.0注意: 您在設(shè)置時，不可以使用0和255做主機ID, 這兩個數(shù)為特殊保留數(shù)，例如192.168.1.0， 192. 168. 1.255互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理IP地址靜態(tài)/穩(wěn)定/持久 用戶設(shè)置IP地址后，主機可以一直使用同一IP地址動態(tài)主機設(shè)置協(xié)議（DHCP）網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務(wù)器可為連接的主機動態(tài)分配IP地址Auto-IP (Default) 自動IP(默認)如果沒有靜態(tài)/動態(tài)IP，則默認IP有

7、效。例如Windows操作系統(tǒng)的默認IP是 169.254.X.X互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理IP數(shù)據(jù)包 IP層在將應(yīng)用數(shù)據(jù)（e.g. 圖像）分片成較小的數(shù)據(jù)包再通過網(wǎng)絡(luò)層傳輸。 通常，在以太網(wǎng)（Ethernet）環(huán)境中可傳輸IP數(shù)據(jù)包最大（MTU）為1500字節(jié) 通常，數(shù)據(jù)包越大，IP數(shù)據(jù)包數(shù)量越少，CPU中斷越少，從而降低CPU負載GVSP IP Packet of 1500 bytes1500 36 = 1464 Bytes互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理在網(wǎng)絡(luò)在傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)前，每圖像幀都會被分成一個IP數(shù)據(jù)包例如：100萬像素的圖片被分成677個IP數(shù)據(jù)包，每數(shù)據(jù)包1500字節(jié)防火

8、墻，防病毒程序，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)以上程序可能影響GigE Vision 協(xié)議的使用 強烈建議您在使用GigE Vision 驅(qū)動/應(yīng)用程序前，關(guān)閉以上程序或作相關(guān)設(shè)置?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）原理GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vision 硬件千兆網(wǎng)卡(NICs) 千兆網(wǎng)交換機LAN 數(shù)據(jù)線GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)卡（NICs）建議使用基于Intel 1000 芯片組的千兆網(wǎng)(GigE)卡基于Intel芯片組開發(fā)的GigE 驅(qū)動，使CPU負載更低，并有更強大的數(shù)據(jù)包重發(fā)機制建議使用PCIE總線網(wǎng)卡GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)卡(NICs)常用網(wǎng)卡Intel Pro 1000 GT

9、單端口82541PI 芯片組 / Jumbo Frame / PCIIntel Pro 1000 GT 雙端口82571GB 芯片組 / Jumbo Frame / PCIe4x帶PoE功能 Adlink Intel Pro 1000 雙端口GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)卡（NICs）經(jīng)過測試網(wǎng)卡（NICs）注意：最后825xxAB的最后兩個字母代表第幾代芯片組同一代產(chǎn)品通常帶有相同的功能GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)卡(NICs)問題網(wǎng)卡（NICs） 通常是Realtek 和 Broadcom 芯片組避免使用非高速以太網(wǎng)卡（NICs） 100Mbit/s = 12.5MB/s 對于GigE相

10、機輸出而言速度過低 例如，如果相機是500萬像素，相對于17fps而言，其輸出速度僅為2fpsGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)交換機在挑選GigE交換機時，需要考慮以下幾點：檢查交換機支持的是GigE（千兆網(wǎng)），不是100Mbit/s支持巨型幀 （Jumbo Frame）低傳輸延遲以太網(wǎng)供電（PoE）（如果相機支持）高速內(nèi)部緩沖存儲器若使用多點傳送，須支持IGMP.最好使用支持IGMP/VLAN/等的管理型交換機GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南千兆網(wǎng)交換機常用品牌Netgear 3COMGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南LAN連接線建議使用高品質(zhì)屏蔽線使用至少CAT5e 及以上標準的線 （建議使用CAT6)以下為

11、可用的不同類型的線：高柔電纜，彎折次數(shù)可高達100萬防松螺母RJ45接頭，確保線與相機/卡連接牢靠可以滿足長達100米千兆網(wǎng)傳輸電纜GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vision 相機的帶寬計算 如何決定相機的數(shù)據(jù)帶寬輸出？舉例：假設(shè)我們使用500萬像素的Basler Ace acA2500-14gc這款相機，每幀=2590 x 1942 像素（pixels）在Bayer8彩色模式下，每像素占8bits=1byte 數(shù)據(jù)所以，每幀= 2590 x 1942 x 1byte = 5,029,780 bytes在14fps的速度下，總帶寬輸出= = 5,029,780 x 14 = 71MB/sG

12、igE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vision 相機的帶寬計算 在GigE Vision中，通常千兆網(wǎng)總帶寬的10%預(yù)留用于發(fā)送命令和重發(fā)數(shù)據(jù)包。 這一操作共需帶寬約12.5MB/s 這個值可由用戶做調(diào)整GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南IP數(shù)據(jù)包的傳輸在GigE網(wǎng)絡(luò)中，傳輸IP數(shù)據(jù)包1byte需要1 tick = 8ns例如，使用Basler 500萬像素的 Ace acA2500-14gc，每幀為5,029,780 bytes 如果所用的數(shù)據(jù)包大小為1500bytes，每幀將有約3354個IP數(shù)據(jù)包為每個IP數(shù)據(jù)包傳輸1500bytes 的GVSP的圖像數(shù)據(jù)約耗時8ns x 1500= 12us每幀的

13、總傳輸時間約為 12us x 3354 = 40.25ms (FYI: IEEE1394b 傳輸 8192bytes/數(shù)據(jù)包速度為125us - 理論上， 則 5MP/8192 x 125us = 76ms）GVSP IP Packet of 1500 bytes1500 36 = 1464 BytesGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#1 : 一個相機對應(yīng)一個千兆網(wǎng)口 每個千兆網(wǎng)口被認為是一個獨立的網(wǎng)卡(NIC)不同的IP 子網(wǎng)須分配給每臺相機/網(wǎng)卡進行匹配每臺相機獲得125MB/S的千兆網(wǎng)全帶寬可連接相機數(shù)量受限于PCIe 插槽和千兆網(wǎng)口的數(shù)量GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#1 : 一個相機對應(yīng)一個千兆網(wǎng)

14、口IP = 192.168.1.2Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.1.0IP = 192.168.1.1Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.1.0IP = 192.168.3.2Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.3.0IP = 192.168.3.1Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.3.0GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#1 : 一個相機對應(yīng)一個千兆網(wǎng)口當您更注重性能時當您使用的是高分辨率

15、，高幀速相機時當您使用的是5MP相機，速度17fps時，為達到全性能，您必須采用這種方法連接相機例如，高速AOI設(shè)備注重以上因素時，請使用這種連接方式GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#2： 多個相機共用一個千兆網(wǎng)交換機，最后連接到一個千兆網(wǎng)口借助千兆網(wǎng)交換機，您可以隨意增加應(yīng)用中所支持的相機數(shù)量 所有相機/網(wǎng)卡必須在同一IP子網(wǎng)下。所有相機共享125MB/S千兆網(wǎng)帶寬為例如，共有3臺相機，每臺相機的帶寬= 125 / 3 = 42MB/s GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#2： 多個相機共用一個千兆網(wǎng)交換機，最后連接到一個千兆網(wǎng)口IP = 192.168.1.2Subnet mask = 255.255.25

16、5.0Subnet = 192.168.1.0IP = 192.168.1.3Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.1.0IP = 192.168.1.1Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.1.0IP = 192.168.1.4Subnet mask = 255.255.255.0Subnet = 192.168.1.0GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#2： 多個相機共用一個千兆網(wǎng)交換機，最后連接到一個千兆網(wǎng)端口當您更注重可擴性時當您使用了低帶寬相機，計算機采用低端配置時建議使用這種配置通過使用交換機

17、，可將您的有效傳輸距離擴展到100米以上由于交換機性能對系統(tǒng)性能影響很大，建議您使用支持巨型幀的千兆網(wǎng)交換機GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南#2： 多個相機共用一個千兆網(wǎng)交換機，最后連接到一個千兆網(wǎng)端口例如：交通紅燈快照使用每分鐘觸發(fā)一次的500萬像素相機例如：web檢測中使用多個大視野范圍(FOV)的線陣相機GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南混合匹配-GigEVision 的靈活性Managed GigE switchVLAN #1VLAN #2GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vision軟件GigE Vision 性能 + 過濾器驅(qū)動第三方GigE Vision驅(qū)動GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vis

18、ion 性能 + 過濾器驅(qū)動通常對于GigE Vision 都有兩種類型的驅(qū)動性能驅(qū)動僅與Intel芯片組相匹配過濾器驅(qū)動則適用于大多數(shù)網(wǎng)卡Basler Performance Driver(Adapter Miniport)IP StackKernel ModeUser ModeHardwareGigE Vision LibraryGenCam TLGVCPGVSPNDISData StreamSocket LibraryWDMInterfaceAdapter(pynwagnt)Performance Drive on Intel ProGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE Vision 性能

19、+ 過濾器驅(qū)動GigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南第三方GigE Vision驅(qū)動許多圖像處理公司都開發(fā)了自己的GigE Vision 驅(qū)動，以配合相機工作。您可以通過使用它們的軟件直接從GigE Vision相機上采集圖像SW ProductVendorSupportedMIL-lite & MILMatroxFull supportedLabview National InstrumentsFull supportedVision ProCognexFull supportedHALCONMVTecVia camera DLLSW Driver and LibGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南Basler Py

20、lon我們?yōu)樗蠫igE Vision 相機提供完整的驅(qū)動和SDK（軟件工具開發(fā)包）支持SW Lib軟件庫Vendor供應(yīng)商MILMatroxeVisionEuresysHALCONMVTecOpenCVOpen-sourceSW LibPylonGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南Basler Pylon我們?yōu)樗蠫igE Vision 相機提供完整的驅(qū)動和SDK（軟件工具開發(fā)包）支持SW Lib軟件庫Vendor供應(yīng)商MILMatroxeVisionEuresysHALCONMVTecOpenCVOpen-sourceSW LibPylonGigE相機系統(tǒng)設(shè)計指南GigE傳輸層參數(shù) 數(shù)據(jù)包大小 巨型幀

21、 包間延遲 幀傳輸延遲GigE傳輸層參數(shù)數(shù)據(jù)包大小決定GigE Vision 相機發(fā)出的每個IP數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)1500 bytes 是以太網(wǎng)默認的安全值GigE傳輸層參數(shù)GigE傳輸層參數(shù)巨型幀=超過1500bytes有效載荷的以太網(wǎng)幀如果網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備支持該功能，將其設(shè)置成巨型幀（通常為9000 bytes）某些網(wǎng)卡支持更大的巨型幀，最大可達16000 bytesGigE傳輸層參數(shù)GigE傳輸層參數(shù)關(guān)于巨型幀（Jumbo Frame）的思考并非越大越好！受計算機/硬件處理性能限制，拆分和丟棄的數(shù)據(jù)包可能造成過渡重發(fā)。網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備必須都支持巨型幀，否則數(shù)據(jù)包就會被拆分或丟棄，尤其是對于U

22、DP (用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)若交換機不支持巨型幀，巨型幀將被丟棄請嘗試各種數(shù)據(jù)包大?。?of 3000, 4000, 8000, 9000, 16000 bytesGigE傳輸層參數(shù)包間延遲 (Inter-packet delay)設(shè)置發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)包的時間間隔包間延遲越小，相機的幀速越大在不影響幀速的前提下，將延遲設(shè)置為最大可能值，可實現(xiàn)帶寬使用最優(yōu)化GigE傳輸層參數(shù)幀傳輸延遲 (Frame Transmission Delay)觸發(fā)開始后，相機開始發(fā)送第一個數(shù)據(jù)包前須設(shè)置等待時間這種方法通常用于多臺相機連接到同一交換機時，錯開數(shù)據(jù)包發(fā)送順序，從而避免所有相機同時傳輸數(shù)據(jù)包時，交換機超負荷。Gi

23、gE傳輸層參數(shù)幀傳輸延遲GigE傳輸層參數(shù)如何調(diào)整多相機的參數(shù)？ GigE傳輸層參數(shù)假設(shè)所使用的相機均為同一型號將所有相機的數(shù)據(jù)包設(shè)置成相同大?。ńㄗh使用巨型幀）在不降低幀速的前提下，將相機A的包間延遲設(shè)為最大可能值3. 在不降低幀速的前提下，將幀傳輸延遲增加到最大可能值通常，從相機芯片讀取數(shù)據(jù)的時間遠大于傳輸IP數(shù)據(jù)包所用的時間。因此，我們須要延遲數(shù)據(jù)傳輸開始的時間，從而使芯片在數(shù)據(jù)傳輸前讀出足夠的數(shù)據(jù)量。GigE傳輸層參數(shù)4. 其他相機“B”, “C” 和“D”: 包間延遲設(shè)置同相機A須在相機A的幀傳輸延遲基礎(chǔ)上，扣除數(shù)據(jù)包大小的倍數(shù)。E.g. 如果相機A的幀傳輸延遲 = 60000 ti

24、cks那么相機B的幀傳輸延遲 = 60000 - 1 x 9018 = 50982 ticks那么相機C的幀傳輸延遲 = 60000 - 2 x 9018 = 41964 ticks那么相機D的幀傳輸延遲 = 60000 - 3 x 9018 = 32946 ticksGigE傳輸層參數(shù)#1 每臺相機對應(yīng)一個千兆網(wǎng)口在該配置下，每臺相機均可獲得全帶寬無需將不同相機的數(shù)據(jù)包錯開傳輸建議數(shù)據(jù)包大小 = 巨型幀包間延遲 = 不降低幀速的最大可能值幀傳輸延遲 = 0GigE傳輸層參數(shù)#2 多臺相機連接到同一千兆網(wǎng)交換機，從而連接到同一千兆網(wǎng)口在該配置下，須錯開數(shù)據(jù)包發(fā)送順序，以避免交換機超負荷。建議數(shù)

25、據(jù)包大小 = 巨型幀包間延遲 = 不降低幀速的最大可能值幀傳輸延遲 = 請參考之前的示例GigE傳輸層參數(shù)SwitchPC #2PC #1#3 同一相機通過多點傳送連接至多臺計算機在該配置下，相機獲得全帶寬建議數(shù)據(jù)包大小 = 巨型幀包間延遲 = 不降低幀速的最大可能值幀傳輸延遲 = 0GigE傳輸層參數(shù)Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Pilot系列千兆網(wǎng)相機Scout系列象素千兆網(wǎng)相機Ace系列象素千兆網(wǎng)相機Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Pilot系列性能特點：分辨率從VGA到500萬象素高品質(zhì)的CCD芯片千兆網(wǎng)接口可做AOI進一步提高幀速率可定制90轉(zhuǎn)角相機Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Pilot系

26、列piA640-210gm/gcpiA1000-48gm/gcpiA1000-60gm/gcpiA1600-35gm/gcpiA1900-32gm/gcpiA2400-17gm/gc分辨率6484881004100410041004160812081928108424562058感光芯片KodakKAI-0340KodakKAI-1020KodakKAI-1020KodakKAI-2020KodakKAI-2093SonyICX625芯片尺寸1/3”2/3”2/3”1”1”2/3”像素尺寸7.47.47.47.47.47.47.47.47.47.43.453.45幀速率210486035321

27、7Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Scout系列性能特點：分辨率從VGA到200萬象素高品質(zhì)的CCD和CMOS芯片千兆網(wǎng)接口可做AOI進一步提高幀速率千兆網(wǎng)或1394接口可定制90轉(zhuǎn)角相機Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Scout系列scA640-70gm/gcscA640-74gm/gcscA640-120gm/gcscA750-60gm/gcscA780-54gm/gcscA1000-30gm/gc分辨率659494659494659494752480(CMOS)7825821034779感光芯片SonyICX424SonyICX414SonyICX618AptinaMT9V022SonyICX415SonyICX204芯片尺寸1/3”1/2”1/4”1/3”1/2”1/3”像素尺寸7.47.49.99.95.65.66.06.08.38.34.654.65幀速率7074120605430Basler 千兆網(wǎng)相機介紹Scout系列scA1300-32gm/gcscA1390-17gm/gcscA1400-17gm/gcscA1400-30gm/gcscA1600-14gm/gcscA1600-