数据传输对机器视觉应用的重要性

1、引言

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