数据传输对机器视觉应用的重要性

网友投稿 343 2024-03-09


1、引言

数据传输对机器视觉应用的重要性

光,创造了影像。光电转换,让真实世界的影像,得以数字化。机器视觉,用工业相机,快速便捷地将工厂、产线、物料及产品的现场信息数字化。依赖于计算机的强大算力,对这些海量的 、千差万别的数字信息进行分类、识别、分析和应用,使工业4.0、智慧工厂、智能制造能真正的落地到各行业。

光,亦能承载影像。随着各行业数字化改造的深入,对数据传输带宽的要求,越来越高,实时性、长距离、低碳、易部署等要求,使得当前基于铜缆的高带宽传输方案,难以跟上全行业的数字化进程。光纤进厂、光连机器,将给制造业带来一场全光连接的传输革命。光纤,是未来数字无人工厂的“数据大动脉”。

机器视觉,让制造业更智能、更高效;光纤工业相机,让机器视觉行业,更加绿色持续发展。

2、数据传输对机器视觉应用的重要性

机器视觉,是物联网在工业领域的落地方式之一。物联网的4层架构,也适用于机器视觉。

应用层

平台层

传输层

感知层

物联网简称IOT,Internet Of Things,万物互联。任意带电设备,采集信息,传输信息,在近端(设备本地)或远端(数据中心)处理信息,获取一个或多个结果,并基于该结果,给出相应的决策建议和反馈。

可以看到,传输在机器视觉体系框架中,有着非常重要的地位。

机器视觉对传输的要求,有其独特的地方,包括:

高带宽。图像数据传输,对带宽要求是非常高的。有的应用,一秒要传几百张未经压缩的原始图片,每张图片从几兆到几十兆不等。 

高实时性。机器视觉能让制造更智能,更高效,本质上是因为机器视觉提高了产线的“快速、准确的响应能力”。一个典型的机器视觉应用,从工业相机采集到图像,传输给工控机,到工控机处理完信息,做出反馈,这个过程只需要几十毫秒,甚至更短时间。

稳定性。自动生产线是连续运转的,10小时、24小时不能停。大数据量、不间断、长时传输的同时,还要保证数据的正确性,不丢包、不丢帧。

机器视觉能够在各行业得到广泛应用,数据传输的准确性和及时性,是重要的基础保障。这也使得,目前机器视觉的95%的应用,仍使用有线传输。无线传输带宽逐渐提高了,但无线传输容易受干扰和屏蔽,所以在稳定性上,和有线传输相比,仍有较大差距。

3、什么是光纤工业相机?

工业相机的核心功能,有三个:图像采集、图像预处理、图像传输。

图像传输,目前主要使用USB2.0, USB3.0, GigE, 10GigE,CameraLink、CoaXPress和光纤传输几种有线方式。部分无法使用有线传输的视觉应用,也采用了无线WIFI或5G方案。

我们把基于GigE Vision协议,使用光纤作为物理介质进行数据传输的工业相机,称为光纤工业相机。

4、已经有CameraLink工业相机,CoaXPress工业相机了,为何还需要光纤工业相机?

CameraLink和CoaXPress的带宽局限和距离局限

CameraLink和CoaXPress作为目前主流的万兆网传输技术,都已经有十多年的历史,也在不断迭代,提升传输带宽。但碍于铜缆电信号传输的特点,其带宽上限已没有太大的提升空间。目前,单根铜缆CameraLink的传输速度上限,是6.72Gbps,传输距离10米。单根铜缆CoaXPress的传输速度上限,是12.5Gbps,传输距离40米。而单根光纤,100Gbps速度下,传输距离仍可达150米。

CameraLink和CoaXPress相机专用采集卡带来的额外成本

使用CameraLink或CoaXPress传输数据,均需要在主机侧配专用的、高价的采集卡。不同分辨率相机,适配不同速率的采集卡,价格有较大差异,平均来说,每采购1000万货值的CameraLink或CoaXPress相机,通常还需额外花费约300万元来采购对应的图像采集卡。

CameraLink和CoaXPress铜缆线材部署灵活性较差,成本也更高

Camera Link的线缆不但接头大,而且数据线本身也很粗,这导致线缆很难弯曲,造价也蛮贵,一般一根3米长的品牌数据线,动辄上千元的售价。

5、光纤vs铜缆,有哪些特点和优势?

更高的带宽和更长的传输距离

光纤传输主要特点,是带宽高、距离长。目前,单根光纤的理论传输值已经达到了26000Gbps,普通的光纤,比如,家里上网用到的光纤,也有1000Gbps的带宽。多模光纤,10Gbps速度下,传输距离可达400米,100Gbps速度下,传输距离可达150米。

更稳定的性能、更低的延迟

光纤基于光的传输,不受电磁干扰的影响,同时,由于光纤带宽足够高,提供了更多的带宽冗余,使得数据的传输更可靠、延迟更低。

更灵活的部署方式

光纤更细,可以拉成比铜线更小的直径。与类似铜线相比,光纤的尺寸更小、重量更轻,也更容易弯折,同样截面积的管槽,可以布置更多的光纤,对于空间有限的应用场景,非常友好。

在复杂的工厂环境,线材走线,可能要变换很多角度,弯弯曲曲。那么,光纤能适应这种不断变换角度的使用环境么。光纤的柔韧性,其实早就突破了大家日常的想象。以常用的G652光纤为例,其弯曲半径最小可达30mm。而G657光纤,其最小弯曲半径可以做到5mm。

光纤芊细身材、柔韧性、灵活性,使得其对各种狭小空间的适应性,远强于电缆。

更低的成本和碳消耗

基于GigE Vision协议的光纤传输技术,满足了应用对高带宽的需求。GigE Vision协议的特点,使得主机端无需高成本的采集卡,同时,光纤本身的制造和使用成本,以及碳消耗,也远低于铜缆。光纤,是实现绿色数据连接的主要基础设施。

6、使用光纤最大的担忧:光纤容易损坏?

我们先来看看一根光纤的结构。

光纤,最核心的部分是纤芯,纤芯的材质,是二氧化硅(其实就是玻璃)。没有保护的、裸露的纤芯,确实容易损坏。而经过有效保护的纤芯,就没那么容易坏了。

光纤在各行业大规模的应用,也证明了,在有效的保护措施下,正确的安装和使用,光纤的寿命是远大于铜缆的。单根光纤的寿命,可达100年。

数据中心、洲际跨洋的骨干电信传输网、千家万户,现在都在使用光纤,作为数据连接的物理载体。光纤正在逐步走进企业,实现企业级的稳定连接;光纤正在走进工厂,连接机器,为低碳、绿色工厂贡献力量。最终,全社会的数据互联互通,都将以光的形式来实现,光联万物。

7、从视觉应用角度来看,采用光连接的工业相机,有哪些独特的价值与优势

光纤的最大特点,是高带宽,而高带宽,本质上是一种成本。

现在的各种万兆网、千兆网应用,有不少是卡在带宽临界点上,通过降低应用需求,来满足成本的要求。

随着光纤的普及,高带宽不再等于高成本,带宽冗余不再是一个沉重的不可能任务,而是轻松可以达到的目标。

与满负荷相比,足够的带宽冗余,将给视觉应用带来诸多好处:

1)更稳定的传输

2)更低的时延

3)更低的丢帧概率

4)更少的资源投入----工程师只需花费很少的时间,即可完成传输的调试

5)更高的可扩展性----当应用需求更高带宽时,连接上无需做变动,直接就能使用

8、光连机器,让数据传输不再受限,让视觉应用再扩疆界

自从互联网诞生以来,互联网的各种应用,就在从低带宽向高带宽演进,低带宽时很多不敢想、也想不出来的需求和应用,随着高带宽的普及,瞬间涌现出来,从文字、图片、视频、在线游戏到虚拟世界、元宇宙,真实世界与数字世界,边界已经模糊,两个世界在交互、融合过程中,又会催生更多新的需求与应用。

物联网的诞生,机器互联的世界,需求和应用的发展,也在从低带宽向高带宽方向演进:

物联网初期,主要的应用集中在低带宽领域:无线POS,电力抄表,GPS位置定位,这些应用的共同特征,是传输的信息都以几十K计,普通的2G,3G网络,即可满足其需求。

物联网中期,应用逐步扩展到基于图片和视频的应用领域,如智慧安防,智慧交通,智慧农业,以及机器视觉所处的智慧工厂,智能制造领域。这个时期,应用对带宽的需求,不再以K计,而是以百兆,千兆,甚至万兆计。

目前,我们正处于物联网中期,但已经看到了更大带宽需求的应用方向和场景,更智能的机器、更自动化的产线、更高效的生产、更定制化的产品、更精准的商业决策,这些,都需要基于海量的输入信息做基础、通过高效的数据传输网络、传输至强大的计算平台做智能的分析与处理。

光纤传输,承载的不仅仅是数据,更是智能制造的希望与未来。  

      审核编辑:彭静

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