CameraLink协议——高速工业相机图像采集接口解决方案
近年来，随着探测器工艺和技术的不断进步，数字工业相机已经从电子倍增电荷耦合元件EMCCD发展到了科学级互补金属氧化物半导体sCMOS。这些技术进步带来了视场变大、分辨率变高、帧频变快等技术特征，数据通量也得到了极大提升，从1Gbits/s增加到6.8Gbits/s。同时，输出接口也发展出了GigE Vision、USB Vision、CameraLink、FireWire等多种接口。
工业相机常见接口如表1所示。
1、CameraLink协议的产生背景：随着数据传输速率和功能复杂性不断提高，工业级数字图像和数字视频市场对通用性高速接口标准的需求也越来越强。为此，Basler、DALSA、Matrox等相机和图像采集卡制造商于2000年10月共同制定了CameraLink接口标准协议，并定义了与之配套的接口标准和信号线标准，简化了相机和图像采集卡之间的信号传输。图像采集卡和相机之间使用专门的连接线传输LVDS数据，能够在高速条件下保证信号质量。CameraLink标准协议是基于美国National Semiconductor公司毕伍派Channel Link技术发展而来的，在ChannelLink标准的基础上增加了6对差分信号线，其中4对用于并行传输相机控制信号，另外2对用于相机和图像采集卡之间的串行通信（本质就是UART的两根线），并定义出配套的标准工业接口器件，标准化了信号线，使相机和图像采集卡的信号传输更加简单化。如图1为一种标准的CameraLink接口和连接线缆。
Channel Link使用低摆幅差分电压技术，有助于降低噪声，同时使传输线橘晌缆数量缩减。标准CameraLink采用多路Channel Link信号，信号包含相机图像数据信号、时钟信号，还包含用于实现相机控制的信号和与图像采集卡通信的串行信号。
2、CameraLink协议的不同模式和特点：由于单个Camera Link芯片只有28位数据可用，为了提高传输数据的效率，需要几个Camera Link芯片。按使用要求不同，视频传输模式分为三种配置：Base Configuration、Medium Configuration、Full Configuration和Deca Configuration（又称Full Plus Configuration）。Base Configuration中，硬件组成包括：1对信号发送驱动和接收器；4对LVDS收发器，用于控制相机和图像采集卡传输视频和图像数据；2对LVDS收发器，用于协调相机和采集卡间串行通信。一对Channel Link信号发送驱动器和接收器只能支持28位并行数据传输，由于必须传输控制信号，实际图像传输数据位宽更低，限制了接口数据率。为了提高数据率，在此基础上增加了协议芯片和连接电缆发展了Medium Configuration和手贺Full Configuration。如图3所示，Medium configuration使用了两组Channel Link接口，而Full configuration使用了三组Channel Link接口，每组Channel Link接口传输数据中包括数据信号和视频控制信号LVAL、FVAL、DVAL和空闲信号SP。
在2012年修订的CameraLink Version2.0协议中，通过复用FVAL信号，减少后两组Channel link的FVAL和所有DVAL和SP信号，提出了Deca传输模式，将数据传输位宽拓展到80bits，Deca模式分为8tap/10bits和10tap/8bits格式。相比于Full模式，Deca模式数据分配增加了两个字节的端口。
3、CameraLink在高速图像采集系统中的应用：接触式图像传感器是继线阵CCD、CMOS技术之后发展完善的一类新型光电成像传感器。其将柱状透镜、LED阵列光源、感光元件阵列、信号放大电路集于一体，由光源发出的光线经被扫描物反射后，通过柱状透镜投射聚焦于感光元件阵列，由感光元件阵列将光信号转化为电信号并经信号放大电路进行放大输出，经后端处理后直接形成扫描对象的完整影像。由于接触式图像传感器的整体集成性（省去了传统成像方式的光学镜头），传感器体积可有效控制，在设备便携性、安装调试、整体集成方面相比传统的“CCD/CMOS+光学镜头”方式优势明显；采用LED光源阵列可有效控制设备功耗，使用寿命长，且无需预热；采用柱状透镜实现物体与感光元件1:1成像，无传统光学透镜的像场几何畸变，对物体高质量还原，在成像质量上优势明显。接触式图像传感器最早被用于传真机、扫描仪等商用设备，随着技术进步发展，在工业检测装备领域已得到越来越广泛的应用，特别是针对平面产品（如玻璃、橡胶、薄膜等行业）的自动光学检测方面具有巨大的应用空间。
成都术有科技有限公司（以下简称术有科技），成立于2008年，公司为专注于光电自动化及光电信息化技术的高新技术企业，着力发展专业的宽幅高速工业相机。术有科技的PYTHON系列高速工业相机使用了接触式图像传感器作为成像单元，由于其宽幅面和高速度，存在极大的数据传输量，故需要高速传输接口进行通信。
术有科技PYTHONN系列宽幅工业相机采用了CameraLink接口，并设置了Full Configuration和Deca Configuration两种配置，用户可以根据不同的需要选择不同的模式配置。该系列相机最大行频能达150KHz，最大速度12700mm/s，在分辨率为600DPI的配置下仍然能达到98KHz的行频，支持用户在不同扫描宽度、分辨率下的选择。另外，术有科技还研发并设计了PYTHONX系列彩色宽幅工业相机，其采用了Deca Configuration配置的CameraLink接口，最高能选择760mm的扫描宽度，并且扫描最大速度能达到12700mm/s，充分发挥了CameraLink接口的效能。术有科技的PYTHON系列宽幅面工业相机在不同的使用场景下，可自定义拼接长度、多分辨率选择，满足不同环境、不同要求下的工业测量需求。在Uv打印、印刷品外观检、切割机视觉等多种机器视觉领域，PYTHON系列工业相机都有着极大的应用场景。随着计算机视觉和光学的不断发展，我们坚信PYTHON系列相机能在未来得到更广泛的应用，为各行各业提供更加优质的解决方案。