機(jī)器視覺應(yīng)用通常涉及視頻處理和顯示，但為此必須將視頻或圖像從攝像頭傳輸?shù)街鳈C(jī)視覺系統(tǒng)。有許多視頻接口標(biāo)準(zhǔn)可供選擇，每種標(biāo)準(zhǔn)提供不同的特性，包括數(shù)據(jù)速率、電纜長(zhǎng)度、電源傳輸選項(xiàng)等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須選擇最適合其應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。本文探討了計(jì)算機(jī)視覺中一些最常用的視頻接口，并比較了它們的主要特性。一般來說，所有視頻接口標(biāo)準(zhǔn)都分為兩類：使用數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和使用模擬傳輸?shù)摹?/span>

數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)

HD-SDI 和 3G-SDI（高清和 3G 串行數(shù)字接口）

HD-SDI?支持最高 1080p（1920×1080）和 30Hz（1.48 Gbps）的視頻分辨率。3G-SDI 是 HD-SDI 的升級(jí)版，支持相同的 1080p 分辨率，但幀率更高（1080p60/59.94/50，最高可達(dá) 3 Gbps）。3G-SDI/HD-SDI 信號(hào)由單根 75Ω 同軸電纜傳輸，適用于需要高保真實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)膽?yīng)用。支持的最大電纜長(zhǎng)度取決于所用電纜和連接器的規(guī)格，但通常至少為100米。HD-SDI/3G-SDI在專業(yè)視頻制作和廣播環(huán)境中被廣泛采用。

·?數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)3 Gbps

·?線纜長(zhǎng)度可達(dá)200米（搭配RG59/RG6）

·?分辨率最高可達(dá)1080p @ 30/60Hz

USB 3（通用串行總線3）

USB 3，也稱為超速USB，是一種廣泛使用的接口標(biāo)準(zhǔn)。它兼容大多數(shù)個(gè)人電腦上的USB接口，并具備即插即用能力，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)5/10 Gbps。USB 3 適用于需要最高 1080p 60Hz 視頻且線長(zhǎng)更短（通常為 3 米，盡管有源電纜延長(zhǎng)器可使用最長(zhǎng) >100 米）的計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用。它還支持通過電纜供電，無(wú)需為相機(jī)單獨(dú)供電。

工業(yè)自動(dòng)化和監(jiān)控是常用USB 3接口的應(yīng)用，因?yàn)槠浼珊?jiǎn)單且成本低廉。然而，針對(duì)特定機(jī)器視覺任務(wù)，最新的機(jī)器視覺標(biāo)準(zhǔn)之一USB3 Vision于2013年發(fā)布。USB3 Vision基于USB 3接口的優(yōu)勢(shì)，定義了一套可靠高效的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范和協(xié)議，使現(xiàn)成的USB主機(jī)硬件和定制機(jī)器視覺組件能夠無(wú)縫集成。

·?數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)10 Gbps

·?電纜長(zhǎng)度可達(dá)3米（無(wú)源）

·?支持最高 ~7.5W 的功率輸出

·?分辨率最高可達(dá)1080p @ 60Hz

HDMI（高清多媒體接口）

HDMI是消費(fèi)電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)顯示器中流行的視頻接口。它支持通過單根線纜傳輸高清視頻和音頻。HDMI提供高數(shù)據(jù)速率（最高可達(dá)18 Gbps），適用于需要高質(zhì)量視頻輸出的應(yīng)用，支持最高4K分辨率。HDMI通常用于最長(zhǎng)15米的電纜長(zhǎng)度，但不通過電纜供電。

·?數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)18 Gbps

·?典型電纜長(zhǎng)度可達(dá)15米（無(wú)源電纜）

·?分辨率最高可達(dá)4K Ultra HD

以太網(wǎng)IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）

以太網(wǎng)IP/IP視頻指的是通過局域網(wǎng)（LAN）進(jìn)行基于以太網(wǎng)的視頻傳輸通信。它使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議和布線，支持的數(shù)據(jù)速率范圍為10 Mbps到100 Gbps，具體取決于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。通常，在傳輸前，會(huì)使用H.264或H.265編解碼器來壓縮視頻數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)IP適用于短距離和遠(yuǎn)程應(yīng)用，具體取決于網(wǎng)絡(luò)配置。以太網(wǎng)供電有多種標(biāo)準(zhǔn)可供選擇，這些標(biāo)準(zhǔn)提供不同的功率/網(wǎng)絡(luò)容量水平。

·?100Mb鏈路（標(biāo)準(zhǔn)Cat 5/6線纜）支持壓縮4k視頻，傳輸范圍可達(dá)100米

·?支持以太網(wǎng)供電（PoE），IEEE802.3af，0級(jí)~12W

·?簡(jiǎn)單集成到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中

·?現(xiàn)成的低價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線

GigE（千兆以太網(wǎng)）視覺

GigE是一種視頻接口，能夠通過千兆以太網(wǎng)（1 Gbps）網(wǎng)絡(luò)高速傳輸未壓縮視頻數(shù)據(jù)。該接口可實(shí)現(xiàn)在任何標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，因此也能在高速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中運(yùn)行，并支持更高的數(shù)據(jù)速率，例如10/40/100 Gbps。GigE常用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人和機(jī)器視覺領(lǐng)域，但也被應(yīng)用于其他領(lǐng)域。其與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性使其成為將視頻流集成到現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的便捷選擇。GigE Vision規(guī)范支持非視頻數(shù)據(jù)（e.g. 3D成像數(shù)據(jù)）傳輸和相機(jī)控制（使用GenICam?描述相機(jī)支持的功能）。
·?100米電纜長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)Cat 6電纜和1000Mb鏈路

·?傳輸性能/帶寬可以輕松擴(kuò)展（1/10/25/40/100 Gbps）

·?支持多種視頻格式和特定應(yīng)用的攝像機(jī)

·?支持多攝像頭和多顯示器

MIPI CSI-2（移動(dòng)工業(yè)處理器接口攝像機(jī)串行接口2）

MIPI CSI-2?是一種視頻接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)。它使圖像傳感器或相機(jī)能夠連接到應(yīng)用處理器。MIPI CSI-2 支持高速串行通信，且功耗低。它每通道的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)2.5 Gbps（大多數(shù)實(shí)現(xiàn)為2或4通道），適用于極短距離應(yīng)用，通常可達(dá)30厘米。MIPI標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定有線供電選項(xiàng)，因此取決于具體實(shí)現(xiàn)。

CoaXPress

CoaXPress?是一種非對(duì)稱、高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用于通過同軸電纜傳輸視頻和靜態(tài)圖像。它適用于高分辨率和高幀率的應(yīng)用，如機(jī)器視覺。最新版本CXP v2.1支持最高12.5 Gbps的數(shù)據(jù)速率，因此在4聲道系統(tǒng)上最高可達(dá)50 Gbps。電力也可以通過同軸電纜提供，支持最長(zhǎng)50米的電纜長(zhǎng)度。

Camera Link

Camera Link?是一種非常堅(jiān)固且高速的數(shù)字視頻接口，主要應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。它支持不同圖像分辨率以及幀率和像素率的采集。可選配置有：基礎(chǔ)版（255 MBytes/sec）;中速（最高可達(dá)510兆字節(jié)/秒）;全速（最高可達(dá)680兆維/秒）;以及80位（850 MBytes/秒）。最佳最大電纜長(zhǎng)度可達(dá)10米。

HD-VLC是一種數(shù)字視頻格式，類似于HD-SDI，專為長(zhǎng)距離應(yīng)用開發(fā)。它采用獨(dú)特的編碼碼器，編碼并壓縮高清視頻數(shù)據(jù)，使其能夠以與標(biāo)清視頻相同的速率傳輸，即270 Mb/s或540 Mb/s的串行數(shù)據(jù)速率。由于數(shù)據(jù)速率較低，HD-VLC可使用最長(zhǎng)700米的同軸電纜，150米的雙絞線電纜，以及數(shù)公里的光纖電纜;它也可以通過多個(gè)滑環(huán)。編碼器在發(fā)送/接收設(shè)備中的硬件中實(shí)現(xiàn)，因此不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的額外延遲。
EX-SDI（擴(kuò)展串行數(shù)字接口）

EX-SDI 是一種視頻接口，用于通過同軸電纜傳輸高清數(shù)字視頻。它能壓縮視頻，支持高清和4K分辨率;它提供非常長(zhǎng)的線纜長(zhǎng)度（最長(zhǎng)可達(dá)500米）和高畫質(zhì)。EX-SDI常用于監(jiān)控系統(tǒng)及其他需要通過同軸電纜基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸?shù)膽?yīng)用中。
LVDS（低電壓差分信號(hào)）

LVDS是一種廣泛使用的數(shù)字接口，采用差分信號(hào)以實(shí)現(xiàn)抗噪聲和中等速度的數(shù)據(jù)傳輸。LVDS常見于工業(yè)視覺系統(tǒng)和許多自動(dòng)對(duì)焦變焦塊相機(jī)中。它非常適合短程應(yīng)用;它能舒適地支持長(zhǎng)達(dá)50厘米的電纜，功耗低，且易于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。通常，AF-Zoom相機(jī)會(huì)使用4條LVDS通道來傳輸未壓縮的1080p30視頻（1.485 Gbps）。

FPD-Link III

FPD-Link III?是一種基于 SERDES 的高速視頻接口，最初用于連接平板顯示器。它常見于汽車應(yīng)用領(lǐng)域，但在機(jī)器人學(xué)等其他應(yīng)用領(lǐng)域也越來越受歡迎。它支持最高4.16 Gbps的數(shù)據(jù)速率，線纜長(zhǎng)度可達(dá)15米。FPD-Link III設(shè)計(jì)用于惡劣環(huán)境，具備對(duì)電磁干擾及其他干擾的堅(jiān)固性。
模擬接口標(biāo)準(zhǔn)
AHD（模擬高清）

AHD設(shè)計(jì)用于提供比標(biāo)準(zhǔn)CVBS有線基礎(chǔ)設(shè)施更高的視頻速率;它支持720p和1080p，最近還支持4K，通過同軸電纜傳輸。它主要用于將閉路電視攝像頭連接到DVR，并且可以通過視頻傳輸用的同一根線（稱為UTC）支持?jǐn)z像頭控制。相機(jī)兼容性和可配置性可能存在限制，且由于不是數(shù)字系統(tǒng)，隨著線纜長(zhǎng)度增加畫質(zhì)下降。雖然實(shí)施成本非常有競(jìng)爭(zhēng)力，但圖像質(zhì)量不如其他技術(shù)。
CVBS（復(fù)合視頻基帶信號(hào)）

CVBS是一種最初為電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模擬視頻接口，常用于傳統(tǒng)系統(tǒng)。它傳輸標(biāo)清視頻信號(hào)，兼容多種顯示設(shè)備。視頻數(shù)據(jù)編碼在單一模擬通道中，使用PAL、NTSC和SECAM等標(biāo)準(zhǔn)格式傳輸。CVBS的數(shù)據(jù)速率有限，適合較短的電纜長(zhǎng)度。
HD-CVI（高清復(fù)合視頻接口）

HD-CVI 是一項(xiàng)于2012年創(chuàng)建的技術(shù)，2014年開始廣泛發(fā)布。它支持通過單根最高500米的同軸電纜同時(shí)傳輸視頻、音頻、攝像控制和功率信號(hào)。它支持兩種高清視頻格式：全高清1080p或通過逐行掃描實(shí)現(xiàn)的720p。
HD-TVI（高清傳輸視頻接口）

HD-TVI 是一種常用于監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字視頻接口。它支持通過同軸電纜傳輸高清視頻。HD-TVI 提供較長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度，并通過電纜供電，簡(jiǎn)化安裝。HD-TVI 支持在最高 500 米電纜長(zhǎng)度上的 1080p 視頻分辨率。

機(jī)器視覺視頻接口標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圖像和視頻數(shù)據(jù)傳輸方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，支持需要實(shí)時(shí)處理、高分辨率成像和無(wú)縫集成的應(yīng)用。視頻接口的選擇取決于多種因素，包括數(shù)據(jù)傳輸速度、兼容性、成本及具體應(yīng)用需求。設(shè)計(jì)者應(yīng)認(rèn)真考慮這些因素，以確保集成視覺系統(tǒng)時(shí)的最佳性能和兼容性。

隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些界面無(wú)疑會(huì)不斷演進(jìn)和適應(yīng)，以滿足行業(yè)不斷增長(zhǎng)的需求。Active Silico致力于推動(dòng)這些發(fā)展，設(shè)計(jì)硬件以涵蓋各標(biāo)準(zhǔn)的最佳特性，確保提供前沿產(chǎn)品，支持廣泛的接口，為客戶提供針對(duì)其具體應(yīng)用的最廣泛選擇。