昨天聊完黑白还是彩色结尾说下一步该盯接口和带宽。先补一句彩色相机要是在机内直接转成 RGB 再往外送数据量比原始 Bayer 一下翻三倍。这事在现场可不是纸上谈兵。去年调一台四工位的外观机四台 500 万黑白相机客户图省事全插在一台小交换机上交换机再用一根网线进工控机。单独开哪一台都好好的四台一起触发图像要么缺一截、要么直接报丢帧。电工怀疑网线换了三轮软件怀疑驱动重装两遍。后来拿计算器一算四台加起来的数据量是那根网线能扛的三倍多神仙也传不过去。相机接口这件事规格书上就几个缩写选错了后面全是坑。这篇把四种常见接口的带宽、线长、CPU 占用一起摆出来再讲多相机组网和我自己的选型套路。四种接口先看能跑多少数据带宽的单位先统一一下。接口标称一般用 bit/s图像数据量习惯用 Byte/s换算就是除以 8BWMB/sBWMbps8 \mathrm{BW_{MB/s}} \frac{\mathrm{BW_{Mbps}}}{8}BWMB/s8BWMbpsGigE千兆网口标称 1000 Mbps除以 8 是 125 MB/s。这是理论值扣掉以太网帧头、IP/UDP 包头、GigE Vision 协议包头再加上重发和间隔实际稳定传图我一般按 100110 MB/s 估。这是工程估算不是标准里写的数网卡、交换机、巨帧开没开都会让它上下浮动。USB35 Gbps 那一档标称 5 Gbps 是线路速率物理层 8b/10b 编码先吃掉两成剩 4 Gbps 也就是 500 MB/s再扣协议开销实际视觉载荷我按 350400 MB/s 估同样是经验值。主板 USB 控制器的质量差别很大这个数在不同工控机上能差出一截。Camera Link要配采集卡。Base 配置是 85 MHz 时钟、24 位并行算下来 255 MB/sMedium 翻倍到 510 MB/sFull 是 64 位680 MB/s。数据走专用线几乎不占 CPU时序也很稳老项目、线扫项目里还常见。CoaXPress简称 CXP同样要配采集卡走同轴线。CXP-6 单根线速 6.25 Gbps扣掉 8b/10b 编码后单根大约 625 MB/s四根并起来就是 2500 MB/s 量级。更高档的 CXP-12 单根还能再翻倍。高速线扫、大面阵高帧率基本是它的地盘。线缆长度和 CPU 占用往往比带宽更早卡你带宽够了不代表能用。我见过不少项目到头来是被线长和 CPU 卡死的。线长这块GigE 是网线标准能到 100 米机台大、相机离电柜远几乎只能选它。USB3 无源线 3 米左右最稳超过 5 米就得上有源线或光纤线拖链里反复弯折更容易出问题。Camera Link 线粗、贵85 MHz 下一般 10 米以内Full 配置还要更短。CXP 走同轴CXP-6 单根三四十米很常见还能通过同轴线给相机供电布线反而省心。CPU 占用这块GigE 是最吃 CPU 的图像被拆成成千上万个小网络包每个包都要网卡和驱动处理不装厂家的过滤驱动、不开巨帧CPU 能被中断吃掉一大块。USB3 走 DMA好一些但工控机 USB 口是共享控制器的插多了会互相抢。Camera Link 和 CXP 都是采集卡直接把整帧 DMA 到内存CPU 基本闲着代价是多一张卡的钱和一个 PCIe 槽。经验一选 GigE 之前先问清楚工控机网卡是什么芯片、有没有独立网口。主板自带的单网口还要兼顾上位机通讯拿来跑相机迟早出事。经验二USB3 相机在现场最怕的是线。有一次调试好好的设备一跑起来就断查了半天是拖链里线芯被反复弯折接触时好时坏。后来我的习惯是 USB3 只用在相机不动、线短的场合线一律带锁紧螺丝。多相机组网带宽是加起来算的回到开头那台四工位机。单台 500 万像素是 2448×20488 位黑白每帧 5013504 字节。客户要每台 20 帧BW12448×2048×20×1≈100.27 MB/s \mathrm{BW_{1}} 2448 \times 2048 \times 20 \times 1 \approx 100.27\ \mathrm{MB/s}BW12448×2048×20×1≈100.27MB/s一台就差不多把一个 GigE 口吃满了。四台汇到交换机再用一根千兆上联进工控机BW44×100.27≈401.08 MB/s \mathrm{BW_{4}} 4 \times 100.27 \approx 401.08\ \mathrm{MB/s}BW44×100.27≈401.08MB/s按 110 MB/s 算是上联能力的 3.6 倍多。四台同时触发时数据又是同一瞬间涌过来的交换机缓存一满直接扔包。后来改成工控机插一张四口千兆网卡每台相机独占一个口问题当天就没了。多相机组网我一般注意这几件事一台相机一个网口别让多台共享一根千兆上联非要过交换机上联得是万兆。多台同时硬触发时开相机的包间隔或帧延时设置把数据错开一点别让它们同时砸进网卡。USB3 多相机要看清楚是不是同一个主控芯片四个口挂在一个控制器上也就 350400 MB/s 大家分。PoE 供电要算交换机或网卡的总功率预算相机多了有时候会出现个别相机反复重启。我自己选接口的三步我不太爱看那种一大张对比表现场其实就三个问题。第一个问题单台相机要多少带宽。按分辨率×帧率×每像素字节算出来100 MB/s 以内 GigE 基本够100 到 350 MB/s 之间看 USB3 或者 2.5G/5G/10G 的网口相机再往上或者是高速线扫就直接考虑 CXP老产线有现成采集卡的也可以继续用 Camera Link。第二个问题相机离工控机多远。超过 5 米USB3 基本出局超过 10 米Camera Link 也出局剩下 GigE 和 CXP。几十米以上还要高带宽CXP 或者光纤方案。第三个问题一台工控机挂几台相机。相机多、单台带宽不高GigE 加多口网卡最省事也最容易维护相机少但每台都很快用采集卡把 CPU 腾出来做算法更划算。三步走完一般就剩一两个选项再看预算和现场维护人员熟不熟。我自己做的项目七八成到头来都落在 GigE 上——不是它最快是它线长、好买、好换、电工也会接。接口定了下一步就得精确算账分辨率、帧率、位深乘起来带宽到底够不够ROI 和 Binning 怎么帮你把帧率拉上去GigE 又为什么老丢帧。下篇聊相机帧率与带宽计算分辨率×帧率×位深带宽到底够不够顺带把 GigE 丢帧的常见原因捋一遍。