介面與標準

適用於您視覺系統的 CoaXPress 2.0

CoaXPress 與 CXP 是針對影像處理最佳化的同軸傳輸介面標準名稱,其名稱源自於所使用的同軸線材(Coaxial Cable)。此標準最大的特色在於高速即時傳輸能力,於 CoaXPress 2.0 中,每個通道的傳輸速率最高可達 12.5 Gbps,因此可透過單一線材可靠地傳輸大量資料。

  • 最後更新: 2024/03/14

  • 閱讀時間:約 17 分鐘

關於 CoaXPress 2.0 最重要的重點

  • CoaXPress 2.0 可透過單一同軸線材(Power-over-Coax),以每通道最高 12.5 Gbps 的傳輸速率傳輸大量資料,同時提供電力供應。

  • 它是每 MB 傳輸成本最低的機器視覺介面。

  • 使用 CoaXPress 時,需搭配介面卡影像擷取卡,可降低 CPU 負載並提升資料處理效率。

  • 此介面支援多台相機同步,並相容於 GenICam 標準,可實現相機、介面與軟體之間的無縫整合。

  • 憑藉其高速資料傳輸與長距離傳輸能力CoaXPress 2.0 特別適用於半導體、3D AOI 系統、印刷與食品檢測、交通科技及醫療等應用領域。

CoaXPress 2.0 有何特色?

相較於前一代版本,CoaXPress 2.0 可減少所需的線材數量。過去需要多條線材才能完成的傳輸,現在可透過單一同軸線材同時傳輸資料與電力(Power-over-Coax),並提供每通道最高 12.5 Gbps 的高速頻寬。

對於 CoaXPress 標準而言,資料傳輸至電腦時皆需搭配相應的影像擷取卡。
對於 CoaXPress 標準而言,資料傳輸至電腦時皆需搭配相應的影像擷取卡。

如果您選擇 CoaXPress,則需要為您的 PC 加裝相關硬體。相較於 GigE USB 3.0 等已成為大多數 PC 標準配備的介面,CoaXPress 需要額外搭配介面卡影像擷取卡,才能將資料從相機傳輸至 PC。

使用影像擷取卡的優點在於可降低電腦 CPU 的負載,釋放更多運算資源,以執行影像處理等其他工作。

介面使用 CoaXPress 的優勢

透過此高速介面,您可充分發揮現代高解析度感光元件搭配高幀率的性能,在您的應用中實現最佳效能。

  • 線材長度:相較於 USB 3.0 的線材長度最長約為 10 公尺,CXP 可支援 40 至 100 公尺 的傳輸距離(在較低頻寬下)。

  • 成本優勢:CXP 僅需一條線材即可同時傳輸資料與供電,因此被視為每 MB 傳輸成本最低的介面。

  • 同步功能:透過 CoaXPress 2.0,可將多台相機連接至同一台電腦,並輕鬆完成同步。即使是輸送帶上的移動物體,也能可靠地進行擷取。

  • 高速傳輸:CXP 每通道最高可達 12.5 Gbps 的傳輸速率,樹立了高速資料傳輸的新標準。同時,由於 CPU 負載降低,電腦整體效能亦能進一步提升。

  • 極低延遲:CoaXPress 2.0 提供極低的延遲(僅數微秒),適用於要求嚴苛的即時應用,並具備可預測且極低的抖動(Jitter)。

  • 相容性:此介面支援 GenICam 標準,確保相機、介面及軟體之間能夠順利整合。

  • 安裝簡便:只需一條線材即可連接至電腦,因此僅需安裝並連接三個元件。系統採用單一類型的連接器:精巧的 Micro-BNC(HD-BNC) 連接器。

建立標準 CoaXPress 2.0 影像處理系統

CoaXPress 2.0 系統的典型架構
由相機、同軸線材及影像擷取卡所組成的典型 CoaXPress 2.0 系統架構。

下圖展示了典型的 CoaXPress 2.0 系統架構。 CXP 相機 由於採用了尺寸較大的感光元件,並需要散熱,因此 CoaXPress 相機通常比精巧型 USB 3.0 或 GigE 相機體積更大。

相較於前一代版本,CoaXPress 2.0 能以更少的資料傳輸線材打造更精簡的系統架構。由於供電與觸發訊號皆可透過同軸電纜 單線材解決方案(Single-Cable Solution)完成,因此通常無需額外的 I/O 線材。此外,相機與影像擷取卡之間採用的標準化線材連接也比以往更加穩固可靠。

哪些應用領域受惠於 CoaXPress?

CoaXPress 的典型應用:自動光學檢測
CoaXPress 的典型應用:自動光學檢測

CoaXPress 系統特別適合需要多台高解析度相機同步高速擷取影像的應用。憑藉高頻寬及支援相機與 PC 之間長距離傳輸的能力,CoaXPress 在此類應用中展現卓越優勢。

例如,在半導體產業中,可從多個視角同步擷取移動中的物體。在
3D AOI(Automated Optical Inspection,自動光學檢測) 系統中,大量高解析度影像資料可在極低延遲下完成處理。

其他典型應用還包括
印刷檢測、製造自動化、運動分析食品檢測智慧交通系統(ITS)醫療等領域。

升級到 CoaXPress 2.0

如果您想將系統由舊版 CoaXPress 升級至 CoaXPress 2.0,通常無需更換所有元件。由於 CoaXPress 2.0 與第一代 CXP 標準相容,因此可支援新舊世代混合配置的系統。然而,混合使用不同世代的設備可能無法使用最新的產品功能,因此從長遠來看,全面升級仍是較佳的選擇。  

如果您是由其他介面轉換至 CoaXPress 2.0,建議先確認以下幾項因素:  

  • 相機和電腦是否相容於新線材,以及相關的高資料傳輸率、解析度?

  • 是否可以透過 Power-over-Coax 供電?

  • 軟體和驅動程式是否需要更新?  

從舊版 CoaXPress 及其他介面升級。線材長度取決於線材的品質與類型。
從舊版 CoaXPress 及其他介面升級。線材長度取決於線材的品質與類型。

介面卡和影像擷取卡有什麼不同?

與 USB 和 GigE 不同,CoaXPress 是專為機器視覺打造的介面。因此,一般標準 PC 並未配備連接 CoaXPress 相機所需的硬體,必須額外安裝影像擷取卡。

影像擷取卡掌控機器視覺系統

‌影像擷取卡

影像擷取卡提供數位介面(如 CoaXPress、GigE 或 Camera Link),並暫時儲存影像資料。部分影像擷取卡還可執行影像資料前處理,例如 Binning(畫素合併) 或 Scaling(縮放)。此外,資料可透過直接記憶體存取(DMA)直接寫入 RAM,而無需經過 PC 的處理器。應用程式通常可透過專用影像處理軟體(例如 HALCON)或 GenICam 等標準介面存取影像擷取卡中的影像資料。相較之下,採用影像擷取卡的系統在建置與設定上較為複雜,整體成本也相對較高。

CXP-12 介面卡

介面卡

相較於影像擷取卡,介面卡的設計較為簡單。它完全不進行影像前處理,而是透過相機介面接收影像資料,並直接將資料儲存至 RAM。同樣地,介面卡也利用直接記憶體存取(DMA)技術繞過 CPU,大幅降低其負載。然而,由於介面卡不執行影像處理,因此其成本與系統設定的複雜度都相對較低。

介面卡與影像擷取卡比較

功能

介面卡

‌影像擷取卡

影像資料前處理(例如:縮放)

以 DMA 降低 CPU 負載

標準驅動程式/介面(例如:GenICam)

多數有

影像處理軟體介面(例如:HALCON)

多數有

安裝與配置的投入心力

成本

結論:自 CoaXPress 2.0 受惠 

大量資料、高速傳輸及長距離傳輸皆可透過 CoaXPress 2.0 工業影像處理標準實現。作為 Camera Link 標準的後繼介面,這項機器視覺介面需要在 PC 中搭配影像擷取卡使用。面對龐大的資料傳輸量,這項需求反而是一項優勢,因為影像擷取卡可有效降低 PC CPU 的負載。由於部分影像前處理工作已移轉至影像擷取卡執行,因此 CPU 能將更多運算資源投入影像處理應用。

CoaXPress 2.0 已發展為 CoaXPress-over-Fiber。歡迎閱讀技術文章,深入了解相關內容。

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CoaXPress 2.0 常見問題

CoaXPress 2.0 是專為工業機器視覺系統打造的高速介面,每個通道可提供最高 12.5 Gbps 的頻寬。它可透過單一同軸線材同時完成大量資料傳輸與機器視覺相機供電,非常適合 3D AOI、自動印刷檢測、運動分析及醫療技術等高效能應用。

CoaXPress 2.0 提供更高的資料傳輸速率(每通道最高 12.5 Gbps)、極低且具確定性的延遲,支援最長 100 公尺的線材傳輸距離,並可實現多台相機的穩定同步。此外,資料與電力可透過單一線材同時傳輸。

除了相容的機器視覺相機外,PC 還需額外安裝介面卡影像擷取卡。這些元件可確保高效率的資料傳輸,同時降低系統 CPU 的負載。影像擷取卡還可執行額外的影像前處理,以提升影像品質並大幅減少影像資料量。藉由降低對 CPU 與 GPU 等硬體資源的需求,影像擷取卡所增加的成本可迅速透過整體系統成本的節省獲得回報。

是的,CoaXPress 2.0 向下相容於舊版 CXP,因此可混合使用不同世代的設備。然而,若要充分運用所有新功能,仍建議將整個系統全面升級至 CoaXPress 2.0。

CoaXPress 2.0 特別適用於需要高速資料傳輸及相機與 PC 間長距離傳輸的應用,例如半導體檢測、食品檢測、印刷檢測、智慧交通(ITS)及醫療影像等領域。

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