千兆網(wǎng)(GigE)是目前工業(yè)數(shù)字相機中發(fā)展最快的接口，同時也是可普遍應用的數(shù)字接口，幾乎可全面取代模擬設備的相機接口。

千兆網(wǎng)在寬帶、線材長度、多相機功能方面有較大的技術靈活性，是傳輸速率高達120MB / 秒、長度為100米線材的最佳選擇。此外，其簡化了多相機系統(tǒng)的設置。

千兆網(wǎng)（GigE） 相機可以使用以太網(wǎng)實現(xiàn)供電 (PoE)，即 通過數(shù)據(jù)線獲取電力。而系統(tǒng)裝置為了這一工作需要合適的千兆網(wǎng)線材方可實現(xiàn)。此外，還需要安裝特殊的 PC 擴展卡或在 PC 和相機之間設置特殊的交換機、集線器或 PoE 供電模塊。PoE 的設置省去了單獨的電源和線材，從而簡化了安裝，因此特別適合空間有限的應用。利用一根線材實現(xiàn)供電和數(shù)據(jù)傳輸同時也減少了所需購買和安裝的部件，從而節(jié) 省了成本。

GigE Vision標準

GigE Vision標準的實施，使得通過軟件集成所有圖像處理程序變得尤為簡單，即：無需更改應用軟件便可替換GigE Vision標準兼容的相機。因此，客戶可準確預估和有效規(guī)劃后期維護成本。

GigE Vision2.0標準版

GigE Vision標準的最新版本擴展了GigE接口的可能性。借助于GigE Vision 2.0，多相機系統(tǒng)能夠更精確地同步和/或?qū)崟r運行。2.0版本的GigE Vision標準的一個重要組成部分就是精確時間協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP）。PTP規(guī)范系統(tǒng)中組件所使用的路徑（精確至納秒），從而同步它們的時間設置。該GigE Vision2.0標準是向下兼容的，也就是說，運行GigE Vision2.0的相機亦可使用為GigE Vision 1.2設計的軟件和硬件。

GigE Vision 2.0主要組件包括：

1）通過PTP（精確時間協(xié)議，IEEE 1588）為所有網(wǎng)絡組件提供高精度，可共享的時間源；

2）相機同步自由運行；

3）使用動作命令或計劃動作命令通過以太網(wǎng)觸發(fā)，無需增加I/O線材。

GigE Vision是由AIA制定的通信協(xié)議，用來實現(xiàn)在機器視覺領域利用千兆以太網(wǎng)接口進行圖像的高速傳輸。該標準是基于UDP協(xié)議，與普通網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包不同之處在于應用層協(xié)議，應用層協(xié)議采用GVCP（GigE Vision控制協(xié)議）和GVSP（GigE Vision流傳輸協(xié)議），分別用來對相機進行配置和數(shù)據(jù)流的傳輸。圖像采集系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)就是基于這兩種協(xié)議。下圖所示為TIP/IP協(xié)議和GigE Vision協(xié)議的對比：

GigE Vision定義了主機如何發(fā)現(xiàn)、控制千兆以太網(wǎng)相機以及從一個或多個GigE相機采集圖像。GigE Vision標準充分利用千兆以太網(wǎng)的幾個特征：

（1）采用5類雙絞線，成本低，無需集線器就可以傳輸一百米，傳輸帶寬高達125MByte/s

（2）網(wǎng)絡化：組建一個網(wǎng)絡，可以從多個相機采集圖像，所有相機共享同一個帶寬；

（3）支持巨幀模式：GigE Vision相機幾乎都支持巨幀模式，運行數(shù)據(jù)包大小為9014個字節(jié)，傳輸大容量數(shù)據(jù)包效率高；

當一個GigE Vision設備上電后，它會嘗試按照下面的順序獲得IP地址：

（1）固定IP，如果分配了固定IP，將會采用該IP地址；

（2） DHCP服務器，如果沒有被分配IP地址，它將在網(wǎng)絡上搜索DHCP服務器，并請求分配IP地址；

（3）如果上述兩種方法都失敗，它將自動假設一個169.254.x.x的IP地址，然后查詢網(wǎng)絡中該IP地址是否被占用，如果沒有，則使用該IP，否則，重復該過程，直到找到一個沒有被占用的IP地址；

由于相機可能在任何時候加入到網(wǎng)絡中，所以驅(qū)動器必須有一些方法來搜索新的相機。為了實現(xiàn)該功能，驅(qū)動器會周期性地向網(wǎng)絡中廣播一個搜索消息包，每個兼容GigeVision的相機在收到該消息后都用自己的IP地址進行應答。下面的算法描述了設備搜索過程：

（1）主機應用程序以廣播的方式向網(wǎng)絡中發(fā)送搜索消息幀，該消息幀中包含主機的MAC地址和IP地址；

（2） 網(wǎng)絡中的所有GigE設備一直在GVCP端口偵聽網(wǎng)絡狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)有搜索消息幀在網(wǎng)絡中傳輸時就會接收該廣播幀。對消息幀進行解包分析后，會將自身相關的配置信息填充到搜索應答器中，這些消息包含GigE設備型號、制造商、IP地址，MAC地址等，最后以單播的方式向主機發(fā)送搜索消息應答幀；

（3）主機應用程序接收到該應答幀，根據(jù)需要進行相應的處理，即完成了一次網(wǎng)絡GigE設備的搜索過程，相機搜索過程如下圖所示：

GVCP協(xié)議:

GVCP允許應用程序配置和控制GigE相機，應用程序使用UDP協(xié)議發(fā)送命令，并等待設備響應，然后發(fā)送下一命令，該機制彌補了UDP協(xié)議的面向無連接缺點，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃浴?/p>

GVSP協(xié)議：

該協(xié)議定義了GVSP發(fā)射機如何發(fā)送圖像數(shù)據(jù)、圖像狀態(tài)等信息到GVSP接收機，GVSP數(shù)據(jù)包總是在GVSP發(fā)射機和接收機之間傳輸。GVSP通過GVCP對數(shù)據(jù)包的傳輸提供了一種可靠性機制。

審核編輯：郭婷