1、千兆网相机知识千兆网相机知识各类数字相机数据传输方式对比：各类数字相机数据传输方式对比：uLVDS(RS644)：20米，两根线/bitu1394：10米，数据量小，6芯，高速uCamera Link：1020米，串行方式，高速uUSB：10米，数据量小uGige:100米，数据量小千兆网对比其他数据传输方式的优势：千兆网对比其他数据传输方式的优势：l 传输距离长，无中继可达100米，每加一个中继可继续延伸100米l 数据传输比较稳定，数据包丢失会有重新发送机制l 支持POE给相机供电，在长距离传输数据可解决电源线压降问题l 不需要图像采集卡，只需要计算机有千兆网口即可使用l 通过交换机可以支
2、持多播功能，多台计算机可同时收到相机数据互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理其他子网子网路由器交换机主机主机主机主机IP 数据包互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet主机-即用于连接到网络的设备。可以是插有网卡的计算机、GigE相机等每一个主机必须在网络上有唯一的IP地址主机不再转发数据包，所有不属于主机IP地址的数据都将被丢弃。互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理网络中的所有IP数据包都包含一个源IP地址和一个目的IP地址IP 数据目的源IP 报头192.168
3、.0.2192.168.0.1Payload Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理交换机用于连接多个主机，形成一个局域网(LAN)各主机通过定义子网掩码配置到同一子网，以连接到同一交换机Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理路由器用于连接多个子网路由器根据目的IP地址和内部路由表，将数据包传输到正确的子网Other subnetsSubnetRou
4、terSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理网络传输数据的方式有以下两种：单播Unicast：一个设备直接将数据传输到通过IP地址识别的另一设备这是最常用的数据传输方式对点传送Multicast：一个设备将数据传输到属于同一多点传送IP地址的一组设备上Other subnetsSubnetRouterSwitchHostHostHostHostIP Data Packet互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理其他子网子网路由器交换机主机主机主机主机IP 数据包Unicast 单播互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理
5、IP地址和子网掩码IPv4地址长32位，格式为“w.x.y.z”，每个数在0-255之间IP地址由以下两部分组成：地址前缀决定可能产生有多种中不同网络主机ID决定有多少个不同设备可以连接到同一网络互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理IP地址和子网掩码单播：共有3个预设IP地址类型：Class C 是小型网络中最常见的，例如192.168.1.1互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理左图中，网卡的IP地址=192.168.1.1子网掩码=255.255.255.0在IP地址和子网掩码间的二进制与操作中，我们得到子网=192.168.1.0所有直接或通
6、过交换机连接到该网卡上的主机必须设置成同一子网。互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理其他子网Subnet=192.168.1.0RouterSwitchIP=192.168.1.4Subnet mask=255.255.255.0IP=192.168.1.3Subnet mask=255.255.255.0IP=192.168.1.2Subnet mask=255.255.255.0IP=192.168.1.1Subnet mask=255.255.255.0注意:您在设置时，不可以使用0和255做主机ID,这两个数为特殊保留数，例如192.168.1.0，192.168.1.255互联网
7、协议（互联网协议（IP）原理）原理IP地址1.静态/稳定/持久 用户设置IP地址后，主机可以一直使用同一IP地址2.动态主机设置协议（DHCP）网络中的DHCP服务器可为连接的主机动态分配IP地址3.Auto-IP(Default)自动IP(默认)如果没有静态/动态IP，则默认IP有效。例如Windows操作系统的默认IP是 169.254.X.X互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理IP数据包 IP层在将应用数据（e.g.图像）分片成较小的数据包再通过网络层传输。通常，在以太网（Ethernet）环境中可传输IP数据包最大（MTU）为1500字节 通常，数据包越大，IP数据包数量越少，CP
8、U中断越少，从而降低CPU负载GVSP IP Packet of 1500 bytes1500 36=1464 Bytes互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理在网络在传输到网络前，每图像帧都会被分成一个IP数据包例如：100万像素的图片被分成677个IP数据包，每数据包1500字节防火墙，防病毒程序，虚拟专用网络(VPN)以上程序可能影响GigE Vision 协议的使用 强烈建议您在使用GigE Vision 驱动/应用程序前，关闭以上程序或作相关设置。互联网协议（互联网协议（IP）原理）原理GigE相机系统设计指南GigE Vision 硬件千兆
9、网卡(NICs)千兆网交换机LAN 数据线GigE相机系统设计指南千兆网卡（NICs）建议使用基于Intel 1000 芯片组的千兆网(GigE)卡基于Intel芯片组开发的GigE 驱动，使CPU负载更低，并有更强大的数据包重发机制建议使用PCIE总线网卡GigE相机系统设计指南千兆网卡(NICs)常用网卡Intel Pro 1000 GT 单端口82541PI 芯片组/Jumbo Frame/PCIIntel Pro 1000 GT 双端口82571GB 芯片组/Jumbo Frame/PCIe4x带PoE功能 Adlink Intel Pro 1000 双端口GigE相机系统设计指南千兆
10、网卡（NICs）经过测试网卡（NICs）注意：最后825xxAB的最后两个字母代表第几代芯片组同一代产品通常带有相同的功能GigE相机系统设计指南千兆网卡(NICs)问题网卡（NICs）通常是Realtek 和 Broadcom 芯片组避免使用非高速以太网卡（NICs）100Mbit/s=12.5MB/s 对于GigE相机输出而言速度过低 例如，如果相机是500万像素，相对于17fps而言，其输出速度仅为2fpsGigE相机系统设计指南千兆网交换机在挑选GigE交换机时，需要考虑以下几点：检查交换机支持的是GigE（千兆网），不是100Mbit/s支持巨型帧（Jumbo Frame）低传输延迟
11、以太网供电（PoE）（如果相机支持）高速内部缓冲存储器若使用多点传送，须支持IGMP.最好使用支持IGMP/VLAN/等的管理型交换机GigE相机系统设计指南千兆网交换机常用品牌Netgear 3COMGigE相机系统设计指南LAN连接线建议使用高品质屏蔽线使用至少CAT5e 及以上标准的线（建议使用CAT6)以下为可用的不同类型的线：高柔电缆，弯折次数可高达100万 防松螺母RJ45接头，确保线与相机/卡连接牢靠 可以满足长达100米千兆网传输电缆GigE相机系统设计指南GigE Vision 相机的带宽计算 如何决定相机的数据带宽输出？举例：假设我们使用500万像素的Basler Ace
12、acA2500-14gc这款相机，每帧=2590 x 1942 像素（pixels）在Bayer8彩色模式下，每像素占8bits=1byte 数据所以，每帧=2590 x 1942 x 1byte=5,029,780 bytes在14fps的速度下，总带宽输出=5,029,780 x 14=71MB/sGigE相机系统设计指南GigE Vision 相机的带宽计算 在GigE Vision中，通常千兆网总带宽的10%预留用于发送命令和重发数据包。这一操作共需带宽约12.5MB/s 这个值可由用户做调整GigE相机系统设计指南IP数据包的传输在GigE网络中，传输IP数据包1byte需要1 ti
13、ck=8ns例如，使用Basler 500万像素的 Ace acA2500-14gc，每帧为5,029,780 bytes 如果所用的数据包大小为1500bytes，每帧将有约3354个IP数据包为每个IP数据包传输1500bytes 的GVSP的图像数据约耗时8ns x 1500=12us每帧的总传输时间约为 12us x 3354=40.25ms(FYI:IEEE1394b 传输 8192bytes/数据包速度为125us-理论上，则 5MP/8192 x 125us=76ms）GVSP IP Packet of 1500 bytes1500 36=1464 BytesGigE相机系统设计
14、指南#1:一个相机对应一个千兆网口 每个千兆网口被认为是一个独立的网卡(NIC)不同的IP 子网须分配给每台相机/网卡进行匹配每台相机获得125MB/S的千兆网全带宽可连接相机数量受限于PCIe 插槽和千兆网口的数量GigE相机系统设计指南#1:一个相机对应一个千兆网口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=192.1
15、68.3.0IP=192.168.3.1Subnet mask=255.255.255.0Subnet=192.168.3.0GigE相机系统设计指南#1:一个相机对应一个千兆网口当您更注重性能时当您使用的是高分辨率，高帧速相机时当您使用的是5MP相机，速度17fps时，为达到全性能，您必须采用这种方法连接相机例如，高速AOI设备注重以上因素时，请使用这种连接方式GigE相机系统设计指南#2：多个相机共用一个千兆网交换机，最后连接到一个千兆网口借助千兆网交换机，您可以随意增加应用中所支持的相机数量 所有相机/网卡必须在同一IP子网下。所有相机共享125MB/S千兆网带宽为例如，共有3台相机，每
16、台相机的带宽=125/3=42MB/s GigE相机系统设计指南#2：多个相机共用一个千兆网交换机，最后连接到一个千兆网口IP=192.168.1.2Subnet mask=255.255.255.0Subnet=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相机系统设计指
17、南#2：多个相机共用一个千兆网交换机，最后连接到一个千兆网端口当您更注重可扩性时当您使用了低带宽相机，计算机采用低端配置时建议使用这种配置通过使用交换机，可将您的有效传输距离扩展到100米以上由于交换机性能对系统性能影响很大，建议您使用支持巨型帧的千兆网交换机GigE相机系统设计指南#2：多个相机共用一个千兆网交换机，最后连接到一个千兆网端口例如：交通红灯快照使用每分钟触发一次的500万像素相机例如：web检测中使用多个大视野范围(FOV)的线阵相机GigE相机系统设计指南混合匹配-GigEVision 的灵活性Managed GigE switchVLAN#1VLAN#2GigE相机系统设计
18、指南GigE Vision软件GigE Vision 性能+过滤器驱动第三方GigE Vision驱动GigE相机系统设计指南GigE Vision 性能+过滤器驱动通常对于GigE Vision 都有两种类型的驱动性能驱动仅与Intel芯片组相匹配过滤器驱动则适用于大多数网卡Basler Performance Driver(Adapter Miniport)IP StackKernel ModeUser ModeHardwareGigE Vision LibraryGenCam TLGVCPGVSPNDISData StreamSocket LibraryWDMInterfaceAdapt
19、er(pynwagnt)Performance Drive on Intel ProGigE相机系统设计指南GigE Vision 性能+过滤器驱动GigE相机系统设计指南第三方GigE Vision驱动许多图像处理公司都开发了自己的GigE Vision 驱动，以配合相机工作。您可以通过使用它们的软件直接从GigE Vision相机上采集图像SW ProductVendorSupportedMIL-lite&MILMatroxFull supportedLabview National InstrumentsFull supportedVision ProCognexFull support
20、edHALCONMVTecVia camera DLLSW Driver and LibGigE相机系统设计指南Basler Pylon我们为所有GigE Vision 相机提供完整的驱动和SDK（软件工具开发包）支持SW Lib软件库软件库Vendor供应商供应商MILMatroxeVisionEuresysHALCONMVTecOpenCVOpen-sourceSW LibPylonGigE相机系统设计指南Basler Pylon我们为所有GigE Vision 相机提供完整的驱动和SDK（软件工具开发包）支持SW Lib软件库软件库Vendor供应商供应商MILMatroxeVision
21、EuresysHALCONMVTecOpenCVOpen-sourceSW LibPylonGigE相机系统设计指南GigEGigE传输层参数传输层参数 数据包大小 巨型帧 包间延迟 帧传输延迟GigEGigE传输层传输层参数参数数据包大小决定GigE Vision 相机发出的每个IP数据包的字节数1500 bytes 是以太网默认的安全值GigEGigE传输层传输层参数参数GigEGigE传输层传输层参数参数巨型帧=超过1500bytes有效载荷的以太网帧如果网络上的所有设备支持该功能，将其设置成巨型帧（通常为9000 bytes）某些网卡支持更大的巨型帧，最大可达16000 bytesGi
22、gEGigE传输层传输层参数参数GigEGigE传输层传输层参数参数关于巨型帧（Jumbo Frame）的思考并非越大越好！受计算机/硬件处理性能限制，拆分和丢弃的数据包可能造成过渡重发。网络上的所有设备必须都支持巨型帧，否则数据包就会被拆分或丢弃，尤其是对于UDP(用户数据报协议)若交换机不支持巨型帧，巨型帧将被丢弃请尝试各种数据包大小：of 3000,4000,8000,9000,16000 bytesGigEGigE传输层传输层参数参数包间延迟(Inter-packet delay)设置发送连续数据包的时间间隔包间延迟越小，相机的帧速越大在不影响帧速的前提下，将延迟设置为最大可能值，可实
23、现带宽使用最优化GigEGigE传输层传输层参数参数帧传输延迟(Frame Transmission Delay)触发开始后，相机开始发送第一个数据包前须设置等待时间这种方法通常用于多台相机连接到同一交换机时，错开数据包发送顺序，从而避免所有相机同时传输数据包时，交换机超负荷。GigEGigE传输层传输层参数参数帧传输延迟GigEGigE传输层传输层参数参数如何调整多相机的参数？GigEGigE传输层传输层参数参数假设所使用的相机均为同一型号1.将所有相机的数据包设置成相同大小（建议使用巨型帧）2.在不降低帧速的前提下，将相机A的包间延迟设为最大可能值3.在不降低帧速的前提下，将帧传输延迟增加
24、到最大可能值通常，从相机芯片读取数据的时间远大于传输IP数据包所用的时间。因此，我们须要延迟数据传输开始的时间，从而使芯片在数据传输前读出足够的数据量。GigEGigE传输层传输层参数参数4.其他相机“B”,“C”和“D”:包间延迟设置同相机A须在相机A的帧传输延迟基础上，扣除数据包大小的倍数。E.g.如果相机A的帧传输延迟=60000 ticks那么相机B的帧传输延迟=60000-1 x 9018=50982 ticks那么相机C的帧传输延迟=60000-2 x 9018=41964 ticks那么相机D的帧传输延迟=60000-3 x 9018=32946 ticksGigEGigE传输层
25、传输层参数参数#1 每台相机对应一个千兆网口在该配置下，每台相机均可获得全带宽无需将不同相机的数据包错开传输建议数据包大小=巨型帧包间延迟=不降低帧速的最大可能值帧传输延迟=0GigEGigE传输层传输层参数参数#2 多台相机连接到同一千兆网交换机，从而连接到同一千兆网口在该配置下，须错开数据包发送顺序，以避免交换机超负荷。建议数据包大小=巨型帧包间延迟=不降低帧速的最大可能值帧传输延迟=请参考之前的示例GigEGigE传输层传输层参数参数SwitchPC#2PC#1#3 同一相机通过多点传送连接至多台计算机在该配置下，相机获得全带宽建议数据包大小=巨型帧包间延迟=不降低帧速的最大可能值帧传输
26、延迟=0GigEGigE传输层传输层参数参数BaslerBasler 千兆网相机介绍千兆网相机介绍Pilot系列千兆网相机Scout系列象素千兆网相机Ace系列象素千兆网相机BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Pilot系列性能特点：系列性能特点：分辨率从VGA到500万象素高品质的CCD芯片千兆网接口可做AOI进一步提高帧速率可定制90转角相机BaslerBasler 千兆网相机介绍千兆网相机介绍Pilot系列系列piA640-210gm/gcpiA1000-48gm/gcpiA1000-60gm/gcpiA1600-35gm/gcpiA1900-32gm/gcpiA240
27、0-17gm/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帧速率2104860353217BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Scout系列性能特点：系列性能特点：分辨率从VGA到200万象素高品质的CCD和CMOS芯片千兆网接口可做
28、AOI进一步提高帧速率千兆网或1394接口可定制90转角相机BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Scout系列系列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7.4
29、7.49.99.95.65.66.06.08.38.34.654.65帧速率7074120605430BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Scout系列系列scA1300-32gm/gcscA1390-17gm/gcscA1400-17gm/gcscA1400-30gm/gcscA1600-14gm/gcscA1600-28gm/gc分辨率6594946594946594947524807825821034779感光芯片SonyICX445SonyICX267SonyICX285SonyICX285SonyICX274SonyICX274芯片尺寸1/3”1/2”2/3”2/3
30、”1/1.8”1/1.8”像素尺寸3.753.754.654.656.456.456.456.454.44.44.44.4帧速率321717301428BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Ace系列性能特点：系列性能特点：分辨率从VGA到500万象素千兆网接口或CameraLink接口支持PoE或PoCL供电超小型设计422929mmBaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Ace系列系列acA640-90gm/gcacA640-100gm/gcacA645-100gm/gcacA750-30gm/gcacA780-75gm/gcacA1300-30gm/gc分辨
31、率6594946594946594947525807825821296966感光芯片SonyICX424SonyICX618SonyICX414SonyICX409SonyICX415SonyICX445芯片尺寸1/3”1/4”1/2”1/3”1/2”1/3”像素尺寸7.47.45.65.69.99.96.56.258.38.33.753.75帧速率90100100307530BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍Ace系列系列acA1600-20gm/gcacA2000-50gm/gcacA2040-25gm/gcacA2500-14gm/gcacA2000-340km/kcacA2040-180km/kc分辨率162812362048108820482048259219442048108820482048感光芯片SonyICX274CMOSISCMV2000CMOSISCMV4000AptinaMT9PCMOSISCMV2000CMOSISCMV4000芯片尺寸1/1.8”2/3”1”1/2.5”2/3”1”像素尺寸4.44.45.55.55.55.52.22.25.55.55.55.5帧速率20502514340180BaslerBasler 千兆网相机千兆网相机介绍介绍
