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什么是CoaXPress?

CoaXPress是一种高速率数据传输标准:它同时具备短跑运动员和马拉松运动员的优势

您小时候很可能接触过同轴电缆,显像管电视机要通过同轴电缆连接到屋顶的天线或者客厅墙壁上的电缆连接器。如今,这种线材再次回归,获得了市场的青睐。但时至今日,采用CoaXPress标准的现代接口与这种历史悠久的老技术,它们之间唯一的共通之处也仅限于线材而已。

CoaXPress(缩写为:CXP)标准原本是由工业图像处理领域的六家公司共同推出的,目的是开发一种快速的数据接口,并实现对大量数据进行更长距离的传输。“VISION”是工业图像处理领域的顶级展会,第一个CoaXPress接口就是在2008年的VISION斯图加特展上亮相的。又经过三年多的研发,CXP 1.0终于在2011年以新标准的身份正式发布。自此之后,这种相对较新的标准就在工业图像处理领域中占得一席之地。去年,该标准进一步发展到CXP 2.0,并于2018年的VISION展会上正式推出和发布。

采用CoaXPress 1.0/1.1标准的接口所支持的数据传输率最高可达6.25 Gbps,而CoaXPress标准的传输速度比它快两倍,最高可达12.5 Gbps。

CoaXPress能让哪些应用领域受益?

CoaXPress的典型应用:自动光学检测
CoaXPress的典型应用:自动光学检测

与其他标准相比,CoaXPress接口的一大优势是数据传输率高。对于许多应用而言,在更远的距离上实现相机和计算机之间的桥接具有很高的应用价值,能够实现更复杂的图像处理解决方案。CoaXPress非常受市场欢迎,在半导体行业尤为如此。例如,在自动光学检测 (AOI) 系统中,必须以高分辨率获得大数据量,并且不能出现明显的延迟。其他应用领域还包括印刷检查、食品检测、智能交通 (ITS) 和医疗。

CXP与GigE或USB 3.0标准接口并不一样:

为了说明CXP的独特之处,我们先来看看两种常见的接口:USB和GigE。

实践已证明,USB 3.0是一种可靠的工业图像处理接口。新的USB 3.0接口在大众市场上获得了广泛应用,而USB3 Vision标准正是以此为基础。所有新的笔记本电脑、PC、甚至平板电脑和智能手机现在都有USB 3.0接口。

自2006年以来,千兆网 (GigE) 一直是工业图像处理的既定标准。按照已安装应用程序的数量来看,目前GigE是工业数字相机中分布最广泛的接口技术。

USB 3.0和GigE的优点在于,它们不要求在计算机中集成额外的拓展卡。

这点与CoaXPress标准有很大的不同,因为CoaXPress必须始终借助合适的拓展卡,才能将数据传输到PC上。与USB或GigE不同的是,CoaXPress还不是标准PC的一部分。加装拓展卡的深层原因是它可以节省CPU负载。如果没有特殊拓展卡的协助,CoaXPress通常以高速率传输数据,图像数据将大量占用PC中的CPU。有了额外的硬件后,CPU就可以专心满足应用程序的需求。此外,拓展卡还能提供CoaXPress常用的插头和插座:CoaXPress 1.0/1.1采用的是BNC和DIN 1.0/2.3,而新的CoaXPress 2.0标准则采用基于Micro BNC标准的插头。

CoaXPress标准始终需要借助合适的拓展卡来将数据传输到计算机中
CoaXPress标准始终需要借助合适的拓展卡来将数据传输到计算机中

CoaXPress接口与Camera Link接口的比较

一直以来,Camera Link接口都是高速机器视觉应用中的“主力军” 。相比之下,CoaXPress接口的表现如何呢?近20年来,Camera Link是高分辨率和高帧速率传输的标准。Camera Link的最大传输速率为850 MB/s。由于85 MHz的总线频率相对较低,Camera Link需要使用不同的并行传输通道,称为“接线”,这使得所需的线材非常厚重、灵活度差,并且价格昂贵。此外,线材的长度最大只能达到10米。CoaXPress是于2008年推出,用于替代Camera Link技术。

CoaXPress接口与Camera Link接口的比较

接口卡和图像采集卡的区别是什么?

如需连接CoaXPress相机,重点在于要说明PC必须具有哪一种卡。这种卡是不是图像采集卡的一种呢?

图像采集卡这个术语起源于仍需在PC上对模拟视频信号进行数字化的时代。但时至今日,图像已经在相机芯片上实现了数字化,然后再以数字化的形式传输到PC上。因此,图像采集卡只提供数字接口 (GigE、USB、Camera Link、CoaXPress),并负责临时保存图像数据。部分图像采集卡还能通过合并或缩放来预处理数据。此外,数据无需经过PC处理器的处理,可通过直接存储器访问 (DMA) 直接写入主存储器。通常,用户可以通过特定的图像处理软件(例如Matrox MIL)或GenICam之类的标准化接口,从图像采集卡访问图像数据。装有图像采集卡的系统在配置工作量和成本方面相对较高。

图像采集卡和相机
图像采集卡和相机

图像采集卡相比,接口卡的设计相对更简单,它完全移除了预处理功能,仅通过相机连接来接收图像数据,然后将其直接存储在主存储器中。接口卡也通过直接存储器访问 (DMA) 绕过CPU,这样能显著释放CPU的负载。与USB和GigE不同,CoaXPress是一种特定的机器视觉接口。因此,标准PC没有配备连接到CoaXPress相机的硬件。这意味着PC中需要加装额外的卡。但通过移除接口卡上的图像处理功能,此方法的成本和配置工作量都相对更低。

属性 接口卡 图像采集卡
图像数据的预处理(例如缩放)
通过DMA释放CPU的负载
标准驱动程序/接口(例如GenICam) 通常有
图像处理软件的接口(例如Matrox MIL) 通常有
安装和配置工作量
成本

总结

即将推出的CoaXPress 2.0是适用于工业图像处理领域的标准,可以实现以高传输速率对大量数据进行远距离传输。它是一种换代技术,目的是替换目前应用广泛的Camera Link标准。这种机器视觉接口要求在PC上安装额外的接口卡。但考虑到传输的数据量较大,安装额外的接口卡并不是缺点。因为如此一来,PC的CPU可以完全用于图像处理应用程序,不会因数据传输而过量占用CPU。