除了達(dá)到12.5 Gbps的速度外，CXP 2.0還為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)帶來(lái)了新的特性和功能。

圖1：一個(gè)基于CoaXPress 2.0的基本機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，包括一個(gè)帶有Microchip Technology收發(fā)器SoC的攝像頭，該芯片具有集成的高速均衡器，重時(shí)鐘器和電纜驅(qū)動(dòng)器。

CoaXPress 2.0引入了幾項(xiàng)新功能，但是對(duì)于普通的機(jī)器視覺(jué)受眾來(lái)說(shuō)，除了速度更高以外的某些功能可能鮮為人知。下面探討了CoaXPress 2.0的優(yōu)勢(shì)以及它們?nèi)绾问巩?dāng)今和將來(lái)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)受益。

CoaXPress是由日本工業(yè)成像協(xié)會(huì)（JIIA）在全球范圍內(nèi)托管的開放標(biāo)準(zhǔn)，并得到了支持AIA和EMVA。主要應(yīng)用包括在工業(yè)檢查，醫(yī)學(xué)成像，交通監(jiān)控和視頻監(jiān)控等領(lǐng)域中需要高速，低延遲，長(zhǎng)電纜和低功耗的應(yīng)用。

CoaXPress使用標(biāo)準(zhǔn)的75歐姆同軸電纜作為帶有BNC，micro BNC或HD-BNC連接器的傳輸介質(zhì)，是唯一允許視頻，攝像機(jī)控制和通過(guò)單根同軸電纜觸發(fā)以及13 W直流電源的標(biāo)準(zhǔn)。在24 VDC下 CoaXPress 2.0系統(tǒng)（圖1）包括一個(gè)攝像頭，該攝像頭以小封裝形式集成了Microchip Technology收發(fā)器片上系統(tǒng)（SoC）和集成的高速均衡器，時(shí)鐘恢復(fù)器和電纜驅(qū)動(dòng)器。它在12.5 Gb / s的全速下消耗約125 mW，在較慢的速度下消耗較少的功率。在鏈路的另一端，通常使用同一SoC的幀采集器包括用于圖像處理的FPGA，它向攝像機(jī)發(fā)送功率以及控制和觸發(fā)信號(hào)。

表1：添加了CoaXPress 2.0的CXP-10（10 Gb / s）和CXP-12（12.5 Gb / s Gb / s），兩者的范圍都大于65CoaXPress 1.0支持的最大數(shù)據(jù)速率為6.25 Gb / s，比GigE Vision快大約六倍，比USB3 Vision快40％。數(shù)據(jù)速率分為幾層，從CXP-1（1.25 Gb / s，最高210m）到CXP-6（6.25 Gb / s，最高90m）。在2019年推出CoaXPress 2.0之前，CoaXPress 1.0幾乎保持不變，該版本增加了兩層：CXP-10（10 Gbps）和CXP-12（12.5 Gbps），兩者的范圍都大于65m（基于Belden 4731R的使用）電纜）和使用中繼器的更大距離（表1）。

圖2：這種配置的中繼器使以12.5 Gb / s運(yùn)行的CoaXPress 2.0的最大距離擴(kuò)展了原來(lái)的40m（使用Belden 1694A電纜）超過(guò)了35m或更多。

中繼器的數(shù)量?jī)H受距離最遠(yuǎn)的中繼器上可用的直流電源的限制，該距離會(huì)隨著距離的增加而減小。

與GigE Vision的10 Gbps相比，四鏈路CoaXPress 2.0幀捕獲器以50 Gbps的速度傳輸數(shù)據(jù)。使用八通道幀采集卡或兩個(gè)四通道幀采集卡可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)100 Gbps的更高數(shù)據(jù)速率。目前，這種性能幾乎超出了所有要求，但將來(lái)可能會(huì)需要。此外，中繼器可以與CoaXPress 2.0一起使用，可以達(dá)到數(shù)百米的距離（圖2）。

將CoaXPress 2.0中的最大數(shù)據(jù)速率提高一倍還可以將實(shí)現(xiàn)給定數(shù)據(jù)速率所需的電纜數(shù)量減少一半?？梢栽诓桓鼡Q所有電纜基礎(chǔ)設(shè)施的情況下完成從層到層的升級(jí)。同軸電纜固有地被其外部導(dǎo)體屏蔽，從而使其對(duì)許多操作環(huán)境中存在的外部電磁干擾（EMI）高度耐受，特別是在嘈雜的工廠環(huán)境中。這使CoaXPress可以用于醫(yī)學(xué)成像等應(yīng)用，其中出于安全和EMI的角度，故意將成像系統(tǒng)放置在遠(yuǎn)離處理系統(tǒng)的位置。

CoaXPress還支持GenICam（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序編程接口，可簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開發(fā)或升級(jí)組件）以及新的通用數(shù)據(jù)容器標(biāo)準(zhǔn)（GenDC），使CoaXPress可以發(fā)送更復(fù)雜的圖像，包括1D，2D，3D，多光譜和元數(shù)據(jù)。

在CoaXPress 2.0中，用于攝像機(jī)控制和觸發(fā)的上行鏈路路徑從CoaXPress 1.0的20.8 Mbps增加到41.6 Mbps，增加了一倍，從而進(jìn)一步減少了延遲，提高了觸發(fā)率，并允許高速攝像機(jī)處理更多數(shù)據(jù)，而無(wú)需專用的高速接口。上行鏈路。速度的提高使主機(jī)可以以更高的速率發(fā)送觸發(fā)消息-在單觸發(fā)消息模式下接近600 kHz，在雙觸發(fā)消息模式下接近300 kHz。

攝像頭和圖像采集卡中使用的芯片組（例如Microchip的EQCO125X40收發(fā)器SoC）可在運(yùn)行之前和運(yùn)行期間實(shí)時(shí)執(zhí)行鏈路信號(hào)完整性和電纜裕量測(cè)試，從而易于檢測(cè)磨損的電纜和連接器的不連續(xù)性。CoaXPress的采用者認(rèn)為此功能是關(guān)鍵區(qū)別因素。

CoaXPress 2.0要求使用圖像采集卡，而10 Gbps的GigE Vision則不需要，因此在成本上不利，尤其是在多相機(jī)系統(tǒng)中。但是，如果沒(méi)有幀采集卡，則主機(jī)PC的CPU將執(zhí)行所有數(shù)據(jù)解封裝。在照相機(jī)可以以300 fps或更高的速度捕獲圖像的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，CPU過(guò)載會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題。當(dāng)給CPU附加功能任務(wù)時(shí)，它可能過(guò)載并開始丟棄數(shù)據(jù)包。CoaXPress 2.0通過(guò)確定性界面同步攝影機(jī)結(jié)果，而GigE Vision則不會(huì)。結(jié)果，GigE Vision在增加節(jié)點(diǎn)或共享帶寬的情況下可能會(huì)遇到不穩(wěn)定和相對(duì)較高的延遲。

使用性能更高的網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）可以緩解一些基于GigE Vision的系統(tǒng)難題。但是，在需要更高速度處理的情況下，NIC可能占幀采集卡成本的50％到80％，并且圖像處理能力比幀采集卡低。簡(jiǎn)而言之，盡管抓幀器在系統(tǒng)中添加了其他組件，但其減輕PC負(fù)載的能力彌補(bǔ)了成本。為了與CoaXPress 2.0相提并論，GigE Vision需要更強(qiáng)大的處理器和更強(qiáng)大的NIC。

在工業(yè)檢查中常見(jiàn)的多攝像機(jī)系統(tǒng)中，問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。例如，四攝像頭系統(tǒng)同時(shí)捕獲物體的兩個(gè)側(cè)視圖和頂部和底部，這需要每個(gè)通道上的圖像采集卡非常精確地觸發(fā)。即使以不同的速度或分辨率運(yùn)行時(shí)，這些攝像機(jī)實(shí)際上也可以充當(dāng)一個(gè)攝像機(jī)。應(yīng)用軟件和處理器對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行用戶定義的檢查程序。實(shí)例存在于同時(shí)使用多達(dá)32個(gè)攝像機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)中。

GigE Vision系統(tǒng)為預(yù)定義的采集提供了相當(dāng)精確的同步，因?yàn)樗袛z像機(jī)都可以通過(guò)精確時(shí)間協(xié)議（PTP）在給定的時(shí)間捕獲圖像。但是，GigE Vision無(wú)法支持從PC系統(tǒng)到攝像機(jī)的實(shí)時(shí)觸發(fā)。CoaXPress 2.0允許多個(gè)攝像機(jī)通過(guò)長(zhǎng)距離的堅(jiān)固同軸電纜鏈接到單個(gè)圖像采集卡。具有不同分辨率和幀速率的相機(jī)可以鏈接到單個(gè)圖像采集卡，每個(gè)圖像采集卡執(zhí)行不同的檢查任務(wù)。將單個(gè)攝像機(jī)連接到一個(gè)以上的圖像采集卡（也可以在不同的PC中）的能力進(jìn)一步提高了圖像采集卡的貢獻(xiàn)。功耗是另一個(gè)被忽略的問(wèn)題。

為了適應(yīng)GigE Vision要求的高水平電源，需要具有較大組件的電源，這些組件會(huì)產(chǎn)生熱量，有可能使相機(jī)發(fā)熱。由于相機(jī)傳感器對(duì)溫度非常敏感，因此產(chǎn)生的噪聲會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量顯著下降。

CoaXPress 2.0添加了其他功能，例如改進(jìn)的時(shí)間戳，錯(cuò)誤報(bào)告和數(shù)據(jù)共享。統(tǒng)一時(shí)間戳將來(lái)自攝像機(jī)，主機(jī)和軟件的報(bào)告事件集成到一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間參考中，以幫助跟蹤事件的發(fā)生時(shí)間，新的事件通道添加了一條數(shù)據(jù)路徑，使攝像機(jī)可以在特定內(nèi)部事件發(fā)生時(shí)準(zhǔn)確地通知應(yīng)用程序發(fā)生，例如開始曝光。

新標(biāo)準(zhǔn)還使用戶可以清晰地了解操作過(guò)程中的鏈路質(zhì)量，并且通過(guò)在控制數(shù)據(jù)包中添加標(biāo)簽字段來(lái)增強(qiáng)控制通道，從而使主機(jī)和攝像機(jī)能夠始終如一地從錯(cuò)誤情況中恢復(fù)過(guò)來(lái)。

最后，CoaXPress 2.0定義了數(shù)據(jù)共享規(guī)則，其中攝像機(jī)同時(shí)將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)蕉鄠€(gè)主機(jī)。機(jī)器視覺(jué)每年都將其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到更多的應(yīng)用程序中，隨著深度學(xué)習(xí)在視覺(jué)檢查中扮演更加重要的角色，這種趨勢(shì)可能會(huì)在未來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展。CoaXPress 2.0可能是其主要推動(dòng)力之一。

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