相机的千兆网和GigE Vision

千兆网(GigE)是目前工业数字相机中发展最快的接口，同时也是可普遍应用的数字接口，几乎可全面取代模拟设备的相机接口。

千兆网在宽带、线材长度、多相机功能方面有较大的技术灵活性，是传输速率高达120MB / 秒、长度为100米线材的最佳选择。此外，其简化了多相机系统的设置。

千兆网（GigE） 相机可以使用以太网实现供电 (PoE)，即 通过数据线获取电力。而系统装置为了这一工作需要合适的千兆网线材方可实现。此外，还需要安装特殊的 PC 扩展卡或在 PC 和相机之间设置特殊的交换机、集线器或 PoE 供电模块。PoE 的设置省去了单独的电源和线材，从而简化了安装，因此特别适合空间有限的应用。利用一根线材实现供电和数据传输同时也减少了所需购买和安装的部件，从而节 省了成本。

GigE Vision标准

GigE Vision标准的实施，使得通过软件集成所有图像处理程序变得尤为简单，即：无需更改应用软件便可替换GigE Vision标准兼容的相机。因此，客户可准确预估和有效规划后期维护成本。

GigE Vision2.0标准版

GigE Vision标准的最新版本扩展了GigE接口的可能性。借助于GigE Vision 2.0，多相机系统能够更精确地同步和/或实时运行。2.0版本的GigE Vision标准的一个重要组成部分就是精确时间协议（Precision Time Protocol，PTP）。PTP规范系统中组件所使用的路径（精确至纳秒），从而同步它们的时间设置。该GigE Vision2.0标准是向下兼容的，也就是说，运行GigE Vision2.0的相机亦可使用为GigE Vision 1.2设计的软件和硬件。

GigE Vision 2.0主要组件包括：

1）通过PTP（精确时间协议，IEEE 1588）为所有网络组件提供高精度，可共享的时间源；

2）相机同步自由运行；

3）使用动作命令或计划动作命令通过以太网触发，无需增加I/O线材。

GigE Vision是由AIA制定的通信协议，用来实现在机器视觉领域利用千兆以太网接口进行图像的高速传输。该标准是基于UDP协议，与普通网络数据包不同之处在于应用层协议，应用层协议采用GVCP（GigE Vision控制协议）和GVSP（GigE Vision流传输协议），分别用来对相机进行配置和数据流的传输。图像采集系统软件的实现就是基于这两种协议。下图所示为TIP/IP协议和GigE Vision协议的对比：

GigE Vision定义了主机如何发现、控制千兆以太网相机以及从一个或多个GigE相机采集图像。GigE Vision标准充分利用千兆以太网的几个特征：

（1） 采用5类双绞线，成本低，无需集线器就可以传输一百米，传输带宽高达125MByte/s

（2）网络化：组建一个网络，可以从多个相机采集图像，所有相机共享同一个带宽；

（3）支持巨帧模式：GigE Vision相机几乎都支持巨帧模式，运行数据包大小为9014个字节，传输大容量数据包效率高；

当一个GigE Vision设备上电后，它会尝试按照下面的顺序获得IP地址：

（1） 固定IP，如果分配了固定IP，将会采用该IP地址；

（2） DHCP服务器，如果没有被分配IP地址，它将在网络上搜索DHCP服务器，并请求分配IP地址；

（3） 如果上述两种方法都失败，它将自动假设一个169.254.x.x的IP地址，然后查询网络中该IP地址是否被占用，如果没有，则使用该IP，否则，重复该过程，直到找到一个没有被占用的IP地址；

由于相机可能在任何时候加入到网络中，所以驱动器必须有一些方法来搜索新的相机。为了实现该功能，驱动器会周期性地向网络中广播一个搜索消息包，每个兼容GigeVision的相机在收到该消息后都用自己的IP地址进行应答。下面的算法描述了设备搜索过程：

（1）主机应用程序以广播的方式向网络中发送搜索消息帧，该消息帧中包含主机的MAC地址和IP地址；

（2） 网络中的所有GigE设备一直在GVCP端口侦听网络状态，当发现有搜索消息帧在网络中传输时就会接收该广播帧。对消息帧进行解包分析后，会将自身相关的配置信息填充到搜索应答器中，这些消息包含GigE设备型号、制造商、IP地址，MAC地址等，最后以单播的方式向主机发送搜索消息应答帧；

（3）主机应用程序接收到该应答帧，根据需要进行相应的处理，即完成了一次网络GigE设备的搜索过程，相机搜索过程如下图所示：

GVCP协议:

GVCP允许应用程序配置和控制GigE相机，应用程序使用UDP协议发送命令，并等待设备响应，然后发送下一命令，该机制弥补了UDP协议的面向无连接缺点，保证了数据传输的完整性和可靠性。

GVSP协议：

该协议定义了GVSP发射机如何发送图像数据、图像状态等信息到GVSP接收机，GVSP数据包总是在GVSP发射机和接收机之间传输。GVSP通过GVCP对数据包的传输提供了一种可靠性机制。