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200807相機影像傳輸介面技術-致茂
- 2. 2 緣起 • Camera傳輸介面 – 種類繁多，例如：類比介面，數位介面 – 價格不一 – 使用方式不一 • 歸納各介面架構與使用經驗以供參考 – 通訊標準 – 通訊標準控制方式 – 使用範例
- 3. 3 大綱 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 4. 4 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 5. CCD簡介 • 電荷耦合元件 (Charge Coupled Device) 。 • 可將光線的能量轉換成電荷。 • 電荷傳輸至放大解碼元件，還原所有CCD上感光 元件產生的訊號，並構成了一幅完整的畫面 。 參考資料[1]
- 8. CCD工作原理與架構 • Output Register將電荷送出前會先經過QV將電荷 轉換成電壓，再經過電路放大器 將訊號放大。 •最後由ADC將類比訊號轉成數位訊號，然後才將 訊號儲存在Buffer中 。
- 10. CCD工作原理與架構 •分色濾色片的作用主要是幫助 CCD 具備色彩辨識的能力。 •分色方式 – RGB 原色分色法 – CMYG補色分色法 原色分色法 補色分色法 參考資料[1]
- 11. CCD分類 •掃描方式 –漸進式掃描(Progressive Scan)： 整張畫面(frame)由左而 右，由上而下的掃描，掃描完畢才進行下一張的掃描 –交錯式掃描(Interlace Scan)：整張影像分成奇圖場和偶 圖場，奇、偶圖場交替掃描 Progressive Interlace 參考資料[5]
- 12. CCD分類 • Sensor型式 –面型 –線型 Area Line 參考資料[2]
- 13. CCD分類 •訊號輸出方式 –類比訊號 –數位訊號 •相機Mount – C-Mount：在鏡頭後面Mounting面到CCD面的焦距為17.526mm – F-Mount：在鏡頭後面Mounting面到CCD面的焦距為15mm – CS-Mount：接上5mm的延伸環則和C-Mount一樣，所以在鏡頭後面 Mounting面到CCD面的焦距為15mm 參考資料[3]
- 14. 14 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 15. 傳輸訊號介紹 • 類比訊號 – 美規 • RS170(黑白)： 640x480，30frame/sec • NTSC(彩色)： 640x480，30frame/sec – 歐規 • CCIR(黑白)：768x576，25frame/sec • PAL(彩色)：768x576，25frame/sec
- 16. 傳輸訊號介紹 • 數位訊號 – LVDS •俗稱RS644 •因每支CCD的接腳不同，因此線材製造種類太多成本太高 •已快速被Camera Link取代，傳輸距離超過35米易衰減 – IEEE-1394 • A Type，傳輸速率為每秒400MBit，不過A Type傳輸距離超過10米則訊號易衰 減。 • B Type傳輸速率達到每秒800MBit – USB2.0 •傳輸速率達到每秒480M Bit – Camera Link •傳輸速率達到每秒2.6G Bit，但傳輸距離約10米之外會產生訊號衰減 – GigaE •傳輸速率每秒可達1G Bit，透過Net傳輸，優點在於傳輸距離可至100米仍不會 有訊號衰減的問題產生
- 19. 19 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 20. 數位傳輸標準介紹- Camera Link • Camera Link – 特色 • 即時訊號傳輸 • 頻寬限制 • 彈性化設計 • 小型化，價格合理 • 簡易介面
- 21. 數位傳輸標準介紹- Camera Link •相機訊號定義 –視訊資料 • FVAL • LVAL • DVAL –相機控制訊號 • Camera Control 1(CC1) • Camera Control 2(CC2) • Camera Control 3(CC3) • Camera Control 4(CC4) –序列化通訊 • SerTFG：送訊號給影像擷取卡 • SerTC：送訊號給相機 Dalsa P2-49-08k40 參考資料[8]
- 22. 數位傳輸標準介紹- Camera Link •控制埠定義 – Base：使用一個Camera Link晶片，一個Camera Link接頭 – Medium：使用兩個Camera Link晶片，兩個Camera Link接頭 – Full：使用三個Camera Link晶片，兩個Camera Link接頭 參考資料[4]
- 23. 數位傳輸標準介紹- Camera Link Block Diagram of Base, Medium, and Full Configuration 接頭實體 參考資料[4] 參考資料[6]
- 24. 數位傳輸標準介紹- Camera Link • API 函式簡介 CommCam SerialCom.dll、CamProtA.dll 、CamProtB.dll、 CamProtK.dll Silicon Software clserme3.dll、clserme4.dll EURESYS clseremc.dll NI clallserial.dll Matrox mtxclsermil.dll clallserial.dll 各家定義的dll參考資料[4] 參考資料[6]
- 26. 數位傳輸標準介紹- IEEE1394 •架構 – IEEE 1394裝置以16位元的位址線來決定網路節點的位 址，6 bit的節點ID允許每一條匯流排上可串接高達63個 裝置 Bus Addressing Tree Architecture 參考資料[11]
- 27. 數位傳輸標準介紹- IEEE1394 • IEEE 1394架構 –傳輸層(Transaction Layer) – 資料連接層(Link Layer) – 實體層(Physical Layer) 參考資料[12]
- 28. 數位傳輸標準介紹- IEEE1394 • IEEE 1394 接頭簡介 參考資料[12]
- 29. 數位傳輸標準介紹-USB •特色 – USB為PC標準介面 – 即插即用(Plug-and-Play) – 具有「熱插拔」(Hot Attach &Detach)特性 – USB最多可以連接127個周邊設備 參考資料[13]
- 30. 數位傳輸標準介紹-USB •架構 –與週邊裝置之間的4種資料傳輸型態 •等時傳輸(Isochronous transfers) •中斷(Interrupts) •大量傳輸(Bulk data transfers) •控制命令傳輸(Control transfers) –網路鏈結架構
- 32. 數位傳輸標準介紹- GenICam • GenICam標準簡介 – 提供的一個平台，可以整合各種不同的介面，透過統一的介面、 函式庫、指令去控制相機 – 函式功能由XML描述 參考資料[9]
- 33. 數位傳輸標準介紹- GenICam • GenICam基本架構 – GenApi • 要提供函式設定相機的一些參數 – GenTL • 為傳遞層，負責擷取到的影像 參考資料[9]
- 35. 35 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 36. Camera Link 相機 • 控制Camera Link相機必要條件 – 軟體需求 • 影像擷取卡的驅動程式 • Camera Link SDK • 相機的參數設定檔 – 硬體需求 • 影像擷取卡 • Camera Link傳輸線
- 37. Camera Link 相機-Dalsa 2M30 硬體 型號 Frame Grabber Euresys Value(僅能接一支相機) Cable Camera Link Cable Camera Dalsa 2M30(面型) 軟體 名稱 Frame Grabber Driver MultiCam 5.5 Camera Link SDK clseremc.dll Camera Parameter File Cam Files Camera Link Hardware Requirement Camera Link Software Requirement
- 38. Camera Link 相機 • 取像控制方式 – Camera Link的SDK
- 39. Camera Link 相機 • 取像控制方式 – 序列通訊埠(RS232)設定相機參數 終端機畫面
- 40. Camera Link 相機 • 相機VS.影像擷取卡 – 考慮相機 • CCD Sensor Size • CCD解析度 • 價格 – 考慮影像擷取卡 • Frame Rate • Pixel Clock • 價格 Frame Grabber Avenue Value Frame Grabber Buffer 32 MB 8 MB Clock Rate 20~85 MHz 20~60 MHz Camera Dalsa 2M30 ATMOS 2M60 Pixel Clock 40 MHz 75 MHz Camera Pixel Clock Frame Clock Rate
- 41. GigaE相機 • 控制GigaE相機必要條件 – 軟體需求 • 相機驅動程式 – 硬體需求 • Gigabit網路卡 • 網路線
- 42. GigaE相機-JAI CV-M9GE 網路卡 Giga bit Cable 網路線 Camera JAI CV-M9GE Camera Driver JAI SDK GigaE Hardware Requirement GigaE Software Requirement
- 43. GigaE相機 •取像控制方式 –透過相機所提供的*.dll來控制 – JAI相機提供一個Jai_FactoryDoNET.dll是專門針對 VB.NET環境下適用的函式庫 –遵守GenICam標準
- 44. USB相機 • 控制USB相機必要條件 – 軟體需求 • 相機驅動程式 – 硬體需求 • USB2.0傳輸線
- 45. USB相機-SenTech • 取像控制方式 –透過相機所提供的*.dll來控制 –SenTech相機提供一個StCamD.dll的函式庫 Camera Driver SenTech SDK Cable USB2.0 Camera SenTech USB Hardware Requirement USB Software Requirement
- 46. 46 • CCD介紹 • 傳輸訊號介紹 • 數位傳輸標準介紹 • 取像範例 • 結論與未來趨勢
- 47. 結論與未來趨勢 • 結論 – USB介面：容易上手，只要將相機所提供的API(dll)了解即可 – Camera Link介面：使用者必須先了解影像擷取卡的功能、設定，函式定 義以及CAM檔定義等 – GenICam介面：統一數位介面，對於使用者而言，僅僅需要開發一個控 制程式即可使用多種相機了 • 未來趨勢：傳輸速度之提升 – Camera Link第二代 – USB 3.0 – Ethernet網路速度與穩定度 – 傳輸介面規格提升與相機傳輸量以及PC之bus(PCI/PCI Express)的傳輸量 有相對關係
- 48. 參考資料 • [1]『CCD與CMOS感光元件』，http://www.digital.idv.tw/ • [2]『基礎數位影像處理』，http://class.sju.edu.tw • [3]『Camera、Grabber and Optics』， http://ppsc.pme.nthu.edu.tw • [4]『Camera Link Specifications V1.1』，http://www.visys-inc.com • [5]『Video Basic』， http://pdfserv.maxim-ic.com • [6] http://www.idsvision.com.tw/ • [7]『NTSC PAL SECAM 三大彩色電視系統之比較研究』，http://www.ntnu.edu.tw • [8]『PIRANHA2 Camera User’s Manual』，http://www.dalsa.com • [9]『GenICam Standard』，http://www.machinevisiononline.org • [10]『PC硬體介面徹底研究』，旗標書局出版 • [11]『IEEE 1394 Architecture』，http://www.ioneconnects.com • [12]『IEEE1394 / FireWire / iLink XILINX』 http://www.xilinx.com/。 • [13] http://www.usblab.idv.tw。
- 49. Thanks for your attention!! 49