高帶寬需求
電子組件制造商必須持續(xù)改善其生產(chǎn)力與質(zhì)量，才能維持所需的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。由于運(yùn)動(dòng)控制及機(jī)器視覺可提供比傳統(tǒng)方式更可靠、更具彈性的自動(dòng)檢測(cè)能力，因此在持續(xù)改善的流程中扮演極為重要的角色。制造商需要提高圖像的輸出質(zhì)量及更成熟的圖像處理能力，然而從相機(jī)傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的傳輸率，或稱為帶寬，卻經(jīng)常成為必須先行解決的限制因素。
過(guò)去，標(biāo)準(zhǔn)VGA分辨率及30幅/秒的圖像采樣率，即能滿足絕大多數(shù)生產(chǎn)線的需求。然而目前的工業(yè)需求中，要求增大掃描的尺寸，例如線條掃描、立體檢測(cè)、提高生產(chǎn)線輸送帶速率、較為復(fù)雜的圖像處理。然而，帶寬仍是機(jī)器視覺系統(tǒng)的主要瓶頸。
Camera link是一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，專為解決帶寬問(wèn)題而制定。搭配PCI Express總線，Camera link圖像解決方案可提供超高數(shù)據(jù)傳輸率，最適合高帶寬需求的機(jī)器視覺應(yīng)用。
本文將剖析”高帶寬需求”應(yīng)用與PCI Express、Camera link及FPGA技術(shù)如何搭配使用，以提高圖像采集及處理率。
供應(yīng)需求
圖1顯示出一般計(jì)算機(jī)型機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本組件，其中包含一部工業(yè)相機(jī)與光源、信號(hào)線、圖像采集卡及計(jì)算機(jī)。Camera link則是專為運(yùn)用于此類機(jī)器視覺系統(tǒng)的工業(yè)相機(jī)與圖像采集卡所開發(fā)的開放式規(guī)格。Camera link規(guī)格是由AIA協(xié)會(huì)（Automate Imaging Association）定義，該協(xié)會(huì)則是由工業(yè)用工業(yè)相機(jī)、信號(hào)線、圖像采集卡制造商所組成的產(chǎn)業(yè)組織。Camera link采用低電壓差分信號(hào)（LVDS）技術(shù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并行至序列傳送器及序列至并行接收器則用于傳送圖像數(shù)據(jù)。
Camera link
如圖2所示， Camera link標(biāo)準(zhǔn)提供了三種組態(tài)：base、Medium與Full信號(hào)模式。來(lái)自工業(yè)相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)指定的端口傳送至相對(duì)應(yīng)的圖像采集卡端口。base組態(tài)包含一組傳送器/接收器，24 bits的視頻數(shù)據(jù)分為A、B、C三個(gè)8-bit端口，外加FVAL（視頻有效）、LVAL（線路有效）、DVAL（數(shù)據(jù)有效）及其他備用信號(hào)、一個(gè)頻率信號(hào)、一個(gè)序列通道以及四個(gè)LVDS一般用途工業(yè)相機(jī)控制信號(hào)。一般而言，工業(yè)相機(jī)控制信號(hào)通常是用于外部觸發(fā)，以達(dá)到實(shí)時(shí)圖像采集。在使用20~85 MHz頻率之下，圖像數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)2.04 Gbps。Medium組態(tài)增加第二組傳送器/接收器對(duì)，使圖像數(shù)據(jù)位倍增為48 bits（8-bit端口也倍增為六個(gè)：A、B、C、D、E、F）、圖像數(shù)據(jù)傳輸率倍增為4.08 Gbps。Full組態(tài)再次增加圖像數(shù)據(jù)位為64 bits，使用八個(gè)8-bit端口：A、B、C、D、E、F、G、H，提高圖像數(shù)據(jù)傳輸率為5.44 Gbps。Camera link數(shù)據(jù)傳輸路徑，請(qǐng)參閱圖3。
就目前可運(yùn)用的工業(yè)相機(jī)接口而言（Analog、USB、FireWire、GigE），Camera link具有下列優(yōu)點(diǎn)：
最高帶寬：Camera link透過(guò)專用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連結(jié)拓樸，串流圖像原始數(shù)據(jù)的速率可高達(dá)5.44 Gbps，且不需受到通訊協(xié)議的限制。
噪聲抑制：Camera link規(guī)格的最小低電壓差分信號(hào)（LVDS）可提高圖像采集卡、信號(hào)線及工業(yè)相機(jī)之間的圖像總流量。
實(shí)時(shí)信號(hào)： Camera link不受網(wǎng)絡(luò)潛在因素或通訊協(xié)議的限制。
降低CPU工作負(fù)荷：Camera link規(guī)格內(nèi)含有圖像處理所使用的標(biāo)準(zhǔn)芯片組。Camera link圖像采集卡本身也運(yùn)用直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA），以取得最佳的數(shù)據(jù)傳輸性能。使用DMA時(shí)，由圖像采集卡傳輸圖像數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)存時(shí)，不需耗用任何主機(jī)系統(tǒng)CPU的資源。
