延长机器视觉接口的通信距离

act视觉系统设计2018-01-05 21:35:37

在相机与计算机的连接方式中,存在着多种接口。在机器视觉行业中,常见的接口有Camera LinkGigE VisionUSB3 VisionCoaXPressCXP),每种接口都具有各自的特性和不同的价格/性能折衷。在选择采用哪种接口时,系统设计人员必须仔细权衡图像吞吐量成本、线缆长度、未来的可扩展性I/O触发能力、以及是否可以通过电缆供电等诸多因素。 
关于这些因素之间的比较权衡,有很多现成的文章中都有相关介绍。虽然这些资料会有所帮助,但是它们可能只会提供标准委员会规定的推荐电缆长度。例如,Camera Link相机到计算机之间的最大电缆长度10。虽然这些推荐的电缆长度可能适用于无源电缆连接的情况,但是依然存在多种产品可以延长每种标准接口下相机计算机之间的通信距离。这些产品将有助于延长Camera LinkUSB 3.0电缆的通信距离;并且对于那些需要在恶劣环境下或在1公里之外的地方部署相机的应用而言,这些产品也是非常有用的 

实现更远的通信距离 
为了延长这些接口的通信距离,有多种产品可供系统开发者选择,包括中继器有源电缆电到光纤转换器有源光缆和标准转换器。中继器通常以单独的模块集成到电缆的嵌入式模块的形式提供 


利用信号预加重和均衡技术,Camera Link标准建造的中继器,能有效地将相机和计算机之间的通信距离增加一倍,从10米延长至20米。目前,已经有多家供应商能提供这种单独的中继器模块,如Vivid EngineeringVieworksImperx等公司。中继器放置在两根线缆之间,以增加信号的传输距离。 


另一种是集成到电缆中的嵌入式中继器。通过嵌入中继器集成到电缆组件Components Express公司的BIT MAXX电缆和Oki公司的Clean Eye Camera Link电缆,则无需再购买单独电缆和中继器。美国Newnex Technologies公司在其FireNEX-uLINK USB 3.0有源中继器的开发中就采用了这种方法;其在沿电缆长度中的一个外壳中嵌入有源电路,实现了12米长的通信距离 

嵌入式连接器 
信号预加重和均衡技术也可以嵌入到电缆本身的连接器CEIIcron Technologies公司已经开发出了15米、兼容USB3 Vision标准的USB3.0有源延长电缆——Icron公司的USB3.0 Spectra 3001-15CEI公司的BIT MAXX Extreme USB3.0。为了进一步延长相机与电脑之间通信距离,系统集成商可以转向光纤延长器。根据所使用的收发类型,使用光纤延长器产品可以获得几十公里的通信距离。虽然光纤延长器在恶劣环境中非常有用,但是它们也比有源电缆更昂贵。

 
如同有源电缆一样,光纤延长器也有多种不同的配置,其中包括独立的模块、用于相机和图像采集卡的入式模块和有源光缆(AOC)。这些延长器将来自相机的电信号转换光信号,随后再通过图像采集卡恢复为电信号

 

第一次使用光纤延长器的时候,这些产品要求使用电缆个光纤延长器连接到相机和图像采集卡。例如,Thinklogical公司的光纤延长器Fiber Link 4000支持BaseMediumFull Camera Link标准,可以通过多模或单模光纤,在350米到10公里的范围内传输信号。这种单独的转换器还可以延USB3 Vision系统中相机到计算机之间的通信距离。例如,Newnex公司FireNEX-5000包括一个上游和下游转换器,其能用光缆实现100的通信距离。 


在意识到必须消除用于连接Camera Link延长器与相机和图像采集卡之间的电缆EDTPhrontier TechnologiesIntercon1等公司都推出了插入式转换器模块可以直接插入Camera Link相机和图像采集卡。例如,EDT公司的RCX C-Link尺寸上与Camera Link电缆连接器类似,其连接到相机和图像采集卡上的MDR26连接器上,能够使相机和电脑之间的通信距离延长至100公里。同样,Phrontier Technologies公司PHIRE系列产品,支持所有的Camera Link Base相机和高达85 MHz的图像采集卡,并支持80公里的单模光纤通信距离1)。 

 


 
1:消除用于连接Camera Link延长器与相机和图像采集卡之间的电缆,Phrontier Technologies公司的PHIRE系列支持所有的Camera Link Base相机和高达85 Hz图像采集卡,并能用单模光纤实现80公里的通信距离。 

有源光缆 
目前许多公司正在将光收发器集成到连接器来自市场研究公司Global Industry Analysts最近的一份市场研究报告显示,预计到2018全球AOC市场将超过10亿美元,一些公司已经针对机器视觉市场推出了这样的产品,以延长Camera LinkUSB 3.0 Vision系统的通信距离。 

例如,日本藤仓公司在其最新一代AOC组件使用光纤/金属混合电缆,不但省去了外置光中继器,同时还能支持BaseMedium Camera Link配置(2)。由于电缆可以传输电源又可以传输光信号,PoCL系统可以配置为速度85 MHz、传输距离100。同样,康宁光缆系统公司USB 3.0光缆,能使USB 3.0外围设备实现高达5Gb/s的传输速度、通信距离长达50并且无需额外的电源供应。 


 
2日本藤仓公司在其最新一代AOC组件使用光纤/金属混合电缆,不但省去了外置光中继器,同时还能支持BaseMedium Camera Link配置(2)。 


有趣的是,虽然很多这样的光学延长器瞄准的目标Camera LinkUSB系统,然而消除任何电磁干扰的影响同时建立超长的相机到计算机连接所带来的好处,也证明了其对CXP标准也是有用CXP应用中100电缆长度(无中继器可能够长。为了满足这种需求,KAYA Instruments公司CXP多路光纤复用器,可以利用单根光纤同时传输来自从多达四CXP相机的数据。这单模光纤传输距离延长至10公里、多模光纤的传输距离延长至400 

中继器有源电缆电到光纤转换器和有源光缆都可以用来延长相机和计算机之间的通信距离。这样一来,它们能在保持原有接口标准协议的情况下,使用信号调节和光转换技术。在一些应用中,任何特定标准的优点可能并不重要,而将信号从一个标准转换到另一个标准可能比较有用。 

标准转换 
例如,Camera Link转换到GigEUSB,可用于消除Camera Link系统对传统Camera Link图像采集卡的需要。使用GigE有源USB 3.0光缆,同时还能延长相机与电脑之间通信距离。事实上,这正是Pleora公司iPORT系列产品背后的理念,其允许Camera Link相机能连接到GigE10GigE网络。例如,iPORT CL-Ten从两Camera Link Medium相机中获取图像数据,并以8 Gb/s的速率将其传输给PC,传输路径是工业标准线或基于光纤的10 GigE链路无需再使用Camera Link电缆、延长器和图像采集卡。 


如同Pleora公司一样,Fishcamp Engineering公司已经开发出了一款从Camera Link转换到10GigE接口板(3)。接口板连接到FullMedium Camera Link相机接口板拥有自己的供电电路状态和监控功能,板上的图像处理功能基于一个可编程的FPGA 


 
3Fishcamp Engineering公司已经开发出了一款从Camera Link转换到10GigE接口板,其能连接到FullMedium Camera Link相机。


消除外部图像采集卡,也是Pleora公司最新CL-U3(从Camera LinkUSB3)产品背后的设计理念。在操作中,CL-U3可以从BaseMedium Camera Link相机捕获数据,并通过USB3.0链路传输数据,省去PC的图像采集卡。 

传统的Camera Link系统还可以充分利用CXP标准延长通信距离的优势,这要归功于Tecphos公司的一个从Camera LinkCXP的转换器。在操作中,数字视频转换器可用于同时接受来自Camera LinkCXP相机数据,并通过CXP接口传输数据,传输距离长达100米。 

有了中继器有源电缆电到光纤转换器有源光缆和标准转换器等产品使得在选择相机到计算机的接口标准时,通信距离的优势变得不再那么重要。此外,通过使用将信号调理电路嵌入到线缆中的有源电缆和有源光缆,用外围设备来完成此任务需求可能会减少。未来,将有源器件和标准转换电路集成到这些线缆中,甚至可能会消除对外围标准转换器的需求。

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