工业镜头像距【光学知识】相机各类接口现状|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

【光学知识】相机各类接口现状

不论是在传统的基于PC的机器视觉系统中，还是在日益重要的嵌入式视觉系统中，相机数据接口的选择都是至关重要的考虑因素。越来越高分辨率的CMOS图像传感器和越来越高的检查速度，要求在相机和处理器之间传输大量数据，这对应用所需的带宽和图像数据传输距离提出了更高的要求。许多数据传输硬件已专门为机器视觉领域开发了许多种接口，包括CameralLink，GigEVision，USB3 Vision，CoaXPress和CameraLink HS。（如图所示）。

CoaXPress（CXP）

CoaXpress接口于2008年推出，支持高速成像应用。CXP接口使用75Ω同轴电缆，每通道支持高达6.25Gbit/s的数据传输速度，并能够使用多个通道支持更快的数据传输速率。CXP电缆每根电缆最多可以提供13W的功率，并且要求“设备”和“主机”都支持GenICam摄像机编程接口。尽管单通道同轴电缆价格便宜，但CXP接口安装多通道电缆组件和框架卡扣的成本却迅速增加。

CameraLink

CameraLink标准是由AIA协会于2000年推出的，并且已逐步升级以支持更高的数据传输速度，有些版本需要两条电缆进行传输。可用的三个主要配置包括Base（2.04Gbit/s）、Medium（5.44Gbit/s）和Deca/Extended（6.8Gbit/s）。Base使用MDR（“Mini D带状”）26针连接器，而medium/full配置使用第二条电缆，容量将增加一倍。Deca/Extended版本超出了CameraLink规定的限制，可传输高达6.8Gbit/s的数据。

像CXP接口一样，CameraLink需要使用图像采集卡，并且还需要与Camera Link供电（PoCL）标准兼容才能供电。CameraLink缺乏任何纠错或重新发送功能，需要昂贵且麻烦的电缆设置以通过最大化信号完整性来尝试追回丢失的图像。

GigE Vision

GigEVision标准由AIA协会管理。它允许使用现有的低成本以太网电缆、连接器、交换机和其他组件，以使用铜质电缆传输距离长达100米的图像数据，并通过交换机和光纤适配器传输更多数据。千兆以太网还具有创建不同的实现模型和复杂的网络拓扑的潜力。其中包括将检查网络划分为不同的功能区域，但全部由一个工作站控制。

由于每个摄像机都可以通过其IP地址独立放置在网络上，因此可以从网络上的任何PC对其进行查看、控制和监视。GigE Vision 2.1还包括利用IEEE 1588精确时间协议（PTP）改进的多相机系统的实时同步，并具有多部分传输的功能，该功能可以传输用于3D成像或更复杂的数据结构。

尽管GigEVision具有灵活性，但115 MB/s的最大带宽已成为某些应用程序的限制因素。各个相机制造商已基于并行电缆配置（LAG）或专有软件方法提供了增加的带宽，但是NBASE-T技术的引入大大提高了GigEVision框架内的带宽。NBASE-T联盟的NBASE-T技术是对IEEE 802.3以太网标准的扩展，将数据传输速度分别提高至 2.5、5 和 10Gb/s，用于 2.5BASE-T（2.5 GigE）、5BASE-T （5 GigE）和 10BASE-T（10 GigE）。

USB Vision

大多数USB机器视觉相机都使用USB3.1 Gen 1接口，该接口在相机和主机系统之间提供高达4Gibt/s的图像数据带宽。USB3 Vision标准通过定义一组通用的设备检测、图像传输和相机控制协议，可帮助确保各种相机和软件之间的兼容性。

USB支持直接内存访问（DMA），借助这种DMA功能，可以将图像数据从USB直接传输到内存中，供软件使用。DMA与对USB的广泛支持以及几乎在任何硬件平台上的USB控制器驱动程序的可用性使USB非常适合在嵌入式系统中使用。USB 3.1 Gen 1的5m最大电缆长度通常对于嵌入式系统来说不是问题。USB 3.1 Gen 1可通过为相机提供高达4.5 W的功率来简化系统设计。

【来源：光虎工业镜头】

【光学知识】衍射极限与分辨率

衍射极限与分辨率

我们知道由于衍射和像差的存在，一个理想的光点，经过光学系统成像以后，将变成一个光斑。MTF是一个频率域的概念，代表不同频率成分对比度的衰减，就是说你去看一个单一频率的正弦条纹，理想情况下它是黑白条纹相间，反差很好；但实际上由于光学系统的像差和衍射的影响，每个点都会影响它相邻的区域，反差(对比度)会下降。条纹越密，对比度下降越厉害。而衡量这个疏密程度的单位，就是lp/mm，也就是我们常说的线对每毫米。

衍射极限

衍射极限是指一个理想物点经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个夫琅禾费衍射像。因为一般光学系统的口径都是圆形，夫朗禾费衍射像就是所谓的艾里斑。这样每个物点的像就是一个弥散斑，两个弥散斑靠近后就不好区分，这样就限制了系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低。

衍射极限限制了系统的分辨率。对于一个系统来讲，其衍射极限是某一个定值，是由于光的衍射造成的物理光学上的限制，跟成像系统的像差没有关系，无像差系统其衍射极限依然存在。描述衍射极限的公式是：

• d ：物方分辨率

• F ：有效F数

•β：光学放大倍率

艾里斑与分辨率

一个理想的光点，通过镜头成像后，哪怕镜头没有任何像差，它也会变成一个光斑。这是由于我们用镜头去成像，没办法把所有方向的光收集起来，只能收集镜头入瞳大小对应的这部分。这也正是衍射的本质。而光斑大小与镜头F数有关，F数越小，光斑越小，分辨率越高。值得注意的是F数与NA都是描述通光量，叫法不同，数值孔径用于描述有限物距系统，F数多用于描述物平面位于无限远的系统。在空气中，F数=1/(2NA)。NA值越大，收集到的光越多，分辨率越高。而根据公式NA = n * sin α。说明孔径角越大，进入透镜的光通量就越大。