视觉测量技术及计算机硬件配置与数据通信接口简介

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：视觉测量计算机通过采集卡接口接收图像并与其他外部设备相连，使检测系统能够协调工作。计算机的图像处理速度和计算精度直接影响整个检测系统的实时性和精度。下面对视觉测量中涉及的计算机硬件配置和数据通信接口进行简单介绍。因此，视觉测量中的工业控制计算机必须配备大容量的内存和外部存储器。因此，市场上出现了大量采用USB2.0接口的摄像机。

视觉测量计算机通过采集卡接口接收图像并与其他外部设备相连，使检测系统能够协调工作。计算机是视觉测量系统的核心，负责对图像的处理、分析和检测算法的解算。计算机的图像处理速度和计算精度直接影响整个检测系统的实时性和精度。在视觉测量系统中还可采用工业控制计算机或以DSP、MCU、FPGA为核心的嵌入式系统。下面对视觉测量中涉及的计算机硬件配置和数据通信接口进行简单介绍。

1.硬件配置

（1）高速处理器

由于视觉测量系统需分析大量的二维图像，因此对视觉测量计算机的核心架构、运算能力和吞吐量有较高的要求，以满足实时性。一些为图像特别优化过的专用CPU，如图像处理ASIC芯片、高速DSP和支持多媒体加速指令的CPU等都是视觉测量的优选。

（2）大容量存储器

视觉测量系统采集的图像信息的数据量很大，一幅标准清晰度的图像有1MB的信息量，而1min长的未压缩录像，信息量达到2GB。因此，视觉测量中的工业控制计算机必须配备大容量的内存和外部存储器。大容量的内存有利于通过存储器直接处理整幅图像。

（3）丰富的外部接口

为了适应不同摄像机的连接，视觉测量系统的计算机应配置相应的数据通信接口。当采用数字摄像机时，计算机需要具有诸如IEEE 1394的数据通信接口。

2.数据通信接口

（1）PCI总线和PC104总线

PCI总线是计算机的一种标准总线。PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的，一方面可以节省插件的引角数，另一方面便于实现突发数据传输。一些小型工控机没有提供PCI插槽，而是提供了一个工控机所特有的104脚插座，被称为“PC104”接口，其功能模仿了PCI的功能。常用的PCI接口图像采集卡都有对应的PC104接口产品。

（2）IEEE1394通信接口

IEEE1394接口英文也叫做Firewrite接口。该接口最快传输速率达到400Mbit/s。IEEE1394b标准达到的传输速率更高，是新一代高性能串行总线标准。IEEE1394的主要性能特点如下：(www.chuimin.cn)

1）数字接口数据以数字形式传输，不需A-D转换，从而降低了设备的复杂性，保证了信号的质量。

2）热插拔系统全速工作时，IEEE1394设备也可以插入或拆除。

3）即插即用无需设定ID（识别符）或终端负载，主节点可以动态确定。

4）兼容性好IEEE1394总线可适应计算机用户的全部I/O要求，并可以与SCSI标准并口、RS232标准串口、IEEE1284标准并口、Centronics接口、Apple’s Desktop Bus等接口兼容。

5）接口设备对等部分主从设备，都是主导者和服务者。

（3）Camera Link通信接口

Camera Link是在Channel Link技术基础上发展出来一种视频信号传输接口。Camera Link协议以低电压差分信号（Low Voltage Differential Signaling，LVDS）传输规范为基础，是一类性能最高的数字摄像机接口标准。与IEEE1394不同，Camera Link每条总线上只允许有一台摄像机，但计算机可以容纳多条Camera Link总线。Camera Link可在并行组合的单向链路、串行链路和点对点链路上利用串行化/解串行化（Serializer/Deserializer，SERDES）技术实现高达4.8Gbit/s的传输速率来发送数据。同时，每条链路通过两根导线的LVDS技术可传送来自7个通道的数据，且通道的数目决定了Camera Link总线的最大数据速率。一条配置齐全的总线可以有76个通道，其中包括11条链路和22根连线。实际上该标准已经具有28个通道和56个通道的总线（4条或8条链路和8根或16根连线）。每条Camera Link总线通常需要计算机的一个独立接口卡。选用Camera Link总线还必须涉及编写额外的软件程序。

（4）USB2.0接口

USB2.0的通信速率由USB1.0的12Mbit/s提高到480Mbit/s，超过了IEEE1394的通信速率，初步具备了全速传输数字视频信号的能力。因此，市场上出现了大量采用USB2.0接口的摄像机。USB接口简单、即插即用，有大量的计算机软件支持USB摄像机的采集。由于USB是一个家用标准，因此大多数USB摄像机用于网络聊天或家用摄像。USB物理接口的抗干扰能力较差，体系结构中存在复杂的主从关系，没有同步实时的保证，因此目前USB摄像机一般不用于视觉检测。

（5）串行接口

大多数工控机除具有RS232串行接口外，还具有RS485和RS422串行接口，因此可以很方便地与工业现场设备和摄像机通信。有的模拟摄像机提供串行接口，用来修改内部参数和对镜头进行变焦、调节光圈等操作，弥补了模拟摄像机不可远程自动控制的缺点。而对于数字摄像机，这些操作直接通过采集信道上的控制命令来完成。

[1]1in=25.4mm。

视觉测量技术及计算机硬件配置与数据通信接口简介

相关推荐