GigEVision在機(jī)器視覺中的應(yīng)用課件

日期：2013-03主題：北京微視新紀(jì)元科技有限公司

主講：軟件研發(fā)部（譚凱）GigEVision協(xié)議及其產(chǎn)品日期：2013-03主題：北京微視新紀(jì)元科技本期演講主題內(nèi)容千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景1GigEVision（GEV）簡介2GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用3GEV與GenICam4Question5本期演講主題內(nèi)容千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景1GigEVision（1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景GigabitEthernet(GigE)

GigE接口是工業(yè)應(yīng)用所新開發(fā)的一種圖像接口技術(shù)，以GigabitEthernet協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)，主要用做高速的圖像傳輸，遠(yuǎn)距離圖像傳輸及降低遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)電纜線的成本。可通過一臺(tái)控制單元對多臺(tái)相機(jī)進(jìn)行圖像采集。

1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景 1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景以太網(wǎng)全球標(biāo)準(zhǔn)在全球網(wǎng)絡(luò)連接中占97%獨(dú)立全雙工連接連接之間無帶寬共享，這不是第一流的鏈路通過電纜或者光纖實(shí)現(xiàn)雙向連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸較高的可擴(kuò)展性10/100Mb/s,1Gb/s(GigE),10Gb/s(10GigE)高級的QoS特性適合對延時(shí)要求較高的傳輸（語音，視頻）核心協(xié)議可以擴(kuò)展來支持高性能應(yīng)用高可靠性錯(cuò)誤控制和包重發(fā)能力支持無線傳輸802.11標(biāo)準(zhǔn)接口1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景全球標(biāo)準(zhǔn)1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景IP傳輸協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol)驗(yàn)證所有傳輸→確保數(shù)據(jù)包接收傳輸效率低下UDP(UserDatagramProtocol)傳輸效率很高不保證數(shù)據(jù)包的正確接收RTP(Real-TimeProtocol)為低速多媒體流設(shè)計(jì)不保證數(shù)據(jù)包的正確接收1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景TCP(Transmission1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景千兆網(wǎng)GigEVS其他標(biāo)準(zhǔn)GigE1394bUSB2.0CameraLink?標(biāo)準(zhǔn)類型商業(yè)消費(fèi)消費(fèi)商業(yè)連接類型點(diǎn)對點(diǎn)或LAN-連接(RJ-45/Cat-5)點(diǎn)對點(diǎn)-共享數(shù)據(jù)總線(4/6pinSTP)主對從-共享數(shù)據(jù)總線(4pinSTP)點(diǎn)對點(diǎn)-連接(MDR26pin)性能<1000Mb/s連續(xù)模式<800Mb/s(只有512Mb/s為圖像數(shù)據(jù))連續(xù)模式<480Mb/s突發(fā)模式<2380Mb/s;Base<4760Mb/s;Med<7,140Mb/s;Full連續(xù)模式距離-使用中繼最大-使用光纖最大<100m無限制無限制<4.5m72m200m<5m30m<10m可擴(kuò)展性-最大設(shè)備數(shù)量無限制631271PC接口千兆網(wǎng)卡或主板自帶PCI卡或主板自帶PCI卡或主板自帶PCI采集卡1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景GigE1394bUSB2.0Ca1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景工業(yè)攝像機(jī)接口類型GigECameraLink?Usb2.01394a1394b優(yōu)勢1.易用，價(jià)格低，多相機(jī)2.傳輸距離遠(yuǎn)，線纜價(jià)格低3.標(biāo)準(zhǔn)GigEVision協(xié)議1.帶寬高2.有帶預(yù)處理功能的采集設(shè)備3.抗干擾能力強(qiáng)1.易用2.價(jià)格低3.多相機(jī)1.易用，價(jià)格低，多相機(jī)缺點(diǎn)主機(jī)配置相對要求高采集卡專業(yè)，價(jià)格高傳輸距離短長距離傳輸線纜價(jià)格貴1千兆網(wǎng)產(chǎn)品技術(shù)背景GigECameraLink?Us2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):產(chǎn)生背景GigEVision是一種基于千兆以太網(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)的相機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)品的應(yīng)用中，GigEVision允許用戶在很長距離上用廉價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)線纜進(jìn)行快速圖像傳輸。它還能在不同廠商的軟、硬件之間輕松實(shí)現(xiàn)互操作。自動(dòng)化成像協(xié)會(huì)（TheAutomatedImagingAssociation，AIA）對該標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)發(fā)展和執(zhí)行實(shí)施監(jiān)督。GigEVision由一支50家公司組成的團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)。這些公司包括有：Adimec、Atmel、BaslerAG、CyberOptics、DALSA、JAIA/S、JAIPULNiX、Matrox、NationalInstruments、Photonfocus、PleoraTechnologies和StemmerImaging。GigEVision基于千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)類線纜，它試圖統(tǒng)一目前針對機(jī)器視覺產(chǎn)品中工業(yè)相機(jī)的協(xié)議，并允許第三方組織開發(fā)兼容的軟、硬件。2GigEVision（GEV）簡介GigEVisio2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):產(chǎn)生背景GigEVision與標(biāo)準(zhǔn)千兆以太網(wǎng)相機(jī)，在硬件架構(gòu)上基本完全一樣（對網(wǎng)卡的要求有微小區(qū)別），只是在底層的驅(qū)動(dòng)軟件上有所區(qū)別。他主要解決標(biāo)準(zhǔn)千兆網(wǎng)的兩個(gè)問題標(biāo)準(zhǔn)千兆網(wǎng)的兩個(gè)問題1.數(shù)據(jù)包小而倒是的傳輸效率低。標(biāo)準(zhǔn)千兆網(wǎng)的數(shù)據(jù)包為1440字節(jié)，而GigEVision采用所謂的“Jumbopacket”,其最大數(shù)據(jù)包可達(dá)16224字節(jié)。2.CPU占用率過高。標(biāo)準(zhǔn)千兆網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)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(shí)CPU占用率15%。GigEVision驅(qū)動(dòng)采用的是UPD/IP協(xié)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(shí)CPU占用率為2%。2GigEVision（GEV）簡介GigEVisio2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):目的和優(yōu)勢目的：定義開放，標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)傳輸平臺(tái)使整個(gè)視覺工業(yè)獲益不傾向某個(gè)公司的技術(shù)支持不通的參數(shù)設(shè)置和性能級別提供革新和產(chǎn)品分化空間

優(yōu)勢1：實(shí)現(xiàn)不同廠家的硬件，軟件的同一性減少不通應(yīng)用的開發(fā)成本不再是創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)的吸血鬼優(yōu)勢2：打開新的應(yīng)用市場調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)使視覺系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，使用和維護(hù)更便宜，更容易優(yōu)勢3：為攝像頭廠商提供更多的附加值隨著客戶的擴(kuò)張保證廠商的收入優(yōu)勢4：可以更快的進(jìn)入市場2GigEVision（GEV）簡介目的：定義開放，標(biāo)準(zhǔn)2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):技術(shù)內(nèi)容千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn)GigEVision包含下面四種技術(shù)內(nèi)容:

TheGigEVision?ControlProtocol(GVCP)，

運(yùn)行在UDPIPv4協(xié)議上.定義了如何控制和配置如攝像頭等兼容設(shè)備，定義流通道，并且提供攝像頭發(fā)送圖像，傳輸數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的機(jī)制。TheGigEVision?StreamProtocol(GVSP)，定義數(shù)據(jù)類型并且詳細(xì)描述圖像如何通過千兆網(wǎng)傳輸。TheGigEDeviceDiscoveryMechanism（GDDM），定義攝像頭或者其他兼容設(shè)備如何獲取IP地址?；贕enICam?標(biāo)準(zhǔn)的XML描述文件，提供等效于計(jì)算機(jī)可以讀取的數(shù)據(jù)表文件，實(shí)現(xiàn)攝像頭控制和圖像流獲取。

2GigEVision（GEV）簡介千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn)Gig2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):技術(shù)內(nèi)容2GigEVision（GEV）簡介2GigEVision（GEV）簡介GEV——千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn):優(yōu)勢特點(diǎn)概覽千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn)GigEVision包含下面優(yōu)勢特點(diǎn):

帶寬可達(dá)到1000Mbps，圖像可以無損失實(shí)時(shí)傳輸。在圖像無損失的情況下，最遠(yuǎn)可傳輸100米,傳輸效率高

。標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連接器，電纜線成本低。帶寬易于升級，包括10M,100M,1000M，10000M等，在工業(yè)的機(jī)器視覺中將被廣泛應(yīng)用。

通信控制方便、軟硬件互換性強(qiáng)、可靠性高

GigEVision標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的主要成員都是國際知名的圖像系統(tǒng)軟硬件提供商

2GigEVision（GEV）簡介千兆網(wǎng)視覺標(biāo)準(zhǔn)Gig3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)攝像機(jī)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)1、可以到達(dá)你所想要的距離由于Cameralink和LVDS等攝像頭與PC機(jī)之間的連接是點(diǎn)對點(diǎn)連接、傳輸距離短（無中繼10-20米）、價(jià)格昂貴等劣勢，因此用于產(chǎn)品檢測、質(zhì)量控制等工業(yè)領(lǐng)域的圖像處理系統(tǒng)就會(huì)有局限性。千兆網(wǎng)攝像機(jī)可通過100米標(biāo)準(zhǔn)的5類局域網(wǎng)電纜與PC機(jī)連接起來。通過光纖連接器，信號能夠傳遞更遠(yuǎn)。具有穩(wěn)定、低隱患、高可靠性等優(yōu)勢。如加一個(gè)很便宜的千兆網(wǎng)交換機(jī)，信號能夠傳遞更遠(yuǎn)。2、不需要圖像采集卡通常每一個(gè)攝像頭都需要要有一個(gè)獨(dú)立的PC機(jī)和圖像采集卡，這樣增加了維護(hù)成本和系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。千兆網(wǎng)攝像機(jī)只需要有千兆網(wǎng)卡就可工作，目前PC主板都已自帶千兆網(wǎng)卡。3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)攝像機(jī)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)3、多種千兆網(wǎng)聯(lián)接方式

單個(gè)攝像機(jī)和單個(gè)PC機(jī)之間的連接單個(gè)攝像機(jī)和多個(gè)PC機(jī)之間的連接多個(gè)攝像機(jī)和單個(gè)PC機(jī)之間的連接One-to-OneOne-to-Many3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用One-to-OneOne-to-M3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用千兆網(wǎng)攝像機(jī)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)Many-to-One3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用Many-to-One3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用千兆網(wǎng)攝像機(jī)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)Many-to-Many3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用Many-to-Many3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用千兆網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢遠(yuǎn)距離無中繼情況下可達(dá)100m，使用交換機(jī)或者光纖可達(dá)更遠(yuǎn)低成本標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備→在工業(yè)費(fèi)用預(yù)算內(nèi)維護(hù)費(fèi)用→PC機(jī)移入計(jì)算機(jī)房較低的PC管理費(fèi)用→辦公級，配件需求少帶寬高1Gb/s，108MB/s圖像數(shù)據(jù)傳輸→適合當(dāng)前90%的視覺應(yīng)用超高的網(wǎng)絡(luò)靈活性對于不通應(yīng)用，攝像頭到PC的連接和處理方法可以隨意剪裁較低復(fù)雜度工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PC和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用遠(yuǎn)距離3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)相機(jī)在機(jī)器視覺中的應(yīng)用千兆網(wǎng)攝像機(jī)支持觸發(fā)采集或異步復(fù)位采集，使其能夠及時(shí)采集到所需圖像支持多個(gè)設(shè)備間的控制信號接連，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)設(shè)備，便于安裝、便于操作的優(yōu)點(diǎn)連接簡單，只需超5類局域網(wǎng)電纜就可以遠(yuǎn)距離傳輸，可以將PC機(jī)從現(xiàn)場移開。這樣PC機(jī)就可以不放置在危險(xiǎn)、惡略的環(huán)境中；增加了系統(tǒng)可靠性，降低了系統(tǒng)的維修成本3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用千兆網(wǎng)攝像機(jī)支持觸發(fā)采集或異步復(fù)位采3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)相機(jī)在機(jī)器視覺中的應(yīng)用3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)相機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可以使操作人員遠(yuǎn)離輻射源（如：X光機(jī)、CT機(jī)等）通過千兆網(wǎng)交換機(jī)，可以將單個(gè)攝像機(jī)的圖像同步實(shí)時(shí)傳遞到一臺(tái)或多臺(tái)PC機(jī)上顯示，可以多個(gè)人員同時(shí)查看相同圖像先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議確保能更加穩(wěn)定的傳輸攝像機(jī)圖像，使得能夠滿足醫(yī)療設(shè)備安裝對穩(wěn)定性和性能的苛刻要求。3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可以使操作人員3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用GEV千兆網(wǎng)相機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用3GEV相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用4GEV與GenICamGenICam背景如今的視覺領(lǐng)域相機(jī)包含了很多的功能，而不僅僅是采集圖像。對于機(jī)器視覺相機(jī)來說，處理圖像并把結(jié)果附加到圖像數(shù)據(jù)流上，控制附加的硬件，代替應(yīng)用程序作實(shí)時(shí)的處理等都是很平常的事情。這也導(dǎo)致了相機(jī)的編程接口變得越來越復(fù)雜。GenICam的目標(biāo)是為所有類型的相機(jī)提供一個(gè)統(tǒng)一的編程接口。無論相機(jī)使用的是哪種傳輸協(xié)議或者實(shí)現(xiàn)了哪些功能，編程接口（API）都是一樣的4GEV與GenICam如今的視覺領(lǐng)域相機(jī)包含了很多的功能4GEV與GenICamGenICam背景歐洲機(jī)械視覺協(xié)會(huì)（EMVA）頒布了GenICam標(biāo)準(zhǔn)，它是與GigEVision很接近的。通過EMVA，GenICam的目標(biāo)是為各種各樣的相機(jī)提供通用的編程接口。GenICam標(biāo)準(zhǔn)有許多個(gè)模塊組成。GenApi模塊配置相機(jī)，它應(yīng)該與其他任何接口技術(shù)—GigEVision，CameraLink，1394DCAM等等，和采用的特性一樣才行。盡管GenICam標(biāo)準(zhǔn)不是專門針對使用千兆以太網(wǎng)，但是任何GigEVision設(shè)備必須提供一個(gè)XML設(shè)備描述文件，他可以與GenApi模塊