1、引言

光，創(chuàng)造了影像。光電轉(zhuǎn)換，讓真實(shí)世界的影像，得以數(shù)字化。機(jī)器視覺(jué)，用工業(yè)相機(jī)，快速便捷地將工廠、產(chǎn)線、物料及產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)字化。依賴于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算力，對(duì)這些海量的 、千差萬(wàn)別的數(shù)字信息進(jìn)行分類、識(shí)別、分析和應(yīng)用，使工業(yè)4.0、智慧工廠、智能制造能真正的落地到各行業(yè)。

光，亦能承載影像。隨著各行業(yè)數(shù)字化改造的深入，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的要求，越來(lái)越高，實(shí)時(shí)性、長(zhǎng)距離、低碳、易部署等要求，使得當(dāng)前基于銅纜的高帶寬傳輸方案，難以跟上全行業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程。光纖進(jìn)廠、光連機(jī)器，將給制造業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)全光連接的傳輸革命。光纖，是未來(lái)數(shù)字無(wú)人工廠的“數(shù)據(jù)大動(dòng)脈”。

機(jī)器視覺(jué)，讓制造業(yè)更智能、更高效；光纖工業(yè)相機(jī)，讓機(jī)器視覺(jué)行業(yè)，更加綠色持續(xù)發(fā)展。

2、數(shù)據(jù)傳輸對(duì)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的重要性

機(jī)器視覺(jué)，是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的落地方式之一。物聯(lián)網(wǎng)的4層架構(gòu)，也適用于機(jī)器視覺(jué)。

應(yīng)用層

平臺(tái)層

傳輸層

感知層

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)稱IOT，Internet Of Things，萬(wàn)物互聯(lián)。任意帶電設(shè)備，采集信息，傳輸信息，在近端（設(shè)備本地）或遠(yuǎn)端（數(shù)據(jù)中心）處理信息，獲取一個(gè)或多個(gè)結(jié)果，并基于該結(jié)果，給出相應(yīng)的決策建議和反饋。

可以看到，傳輸在機(jī)器視覺(jué)體系框架中，有著非常重要的地位。

機(jī)器視覺(jué)對(duì)傳輸?shù)囊?，有其?dú)特的地方，包括：

高帶寬。圖像數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)帶寬要求是非常高的。有的應(yīng)用，一秒要傳幾百?gòu)埼唇?jīng)壓縮的原始圖片，每張圖片從幾兆到幾十兆不等。?

高實(shí)時(shí)性。機(jī)器視覺(jué)能讓制造更智能，更高效，本質(zhì)上是因?yàn)闄C(jī)器視覺(jué)提高了產(chǎn)線的“快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)能力”。一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，從工業(yè)相機(jī)采集到圖像，傳輸給工控機(jī)，到工控機(jī)處理完信息，做出反饋，這個(gè)過(guò)程只需要幾十毫秒，甚至更短時(shí)間。

穩(wěn)定性。自動(dòng)生產(chǎn)線是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，10小時(shí)、24小時(shí)不能停。大數(shù)據(jù)量、不間斷、長(zhǎng)時(shí)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還要保證數(shù)據(jù)的正確性，不丟包、不丟幀。

機(jī)器視覺(jué)能夠在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和及時(shí)性，是重要的基礎(chǔ)保障。這也使得，目前機(jī)器視覺(jué)的95%的應(yīng)用，仍使用有線傳輸。無(wú)線傳輸帶寬逐漸提高了，但無(wú)線傳輸容易受干擾和屏蔽，所以在穩(wěn)定性上，和有線傳輸相比，仍有較大差距。

3、什么是光纖工業(yè)相機(jī)？

工業(yè)相機(jī)的核心功能，有三個(gè)：圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像傳輸。

圖像傳輸，目前主要使用USB2.0, USB3.0, GigE, 10GigE，CameraLink、CoaXPress和光纖傳輸幾種有線方式。部分無(wú)法使用有線傳輸?shù)囊曈X(jué)應(yīng)用，也采用了無(wú)線WIFI或5G方案。

我們把基于GigE Vision協(xié)議，使用光纖作為物理介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)相機(jī)，稱為光纖工業(yè)相機(jī)。

4、已經(jīng)有CameraLink工業(yè)相機(jī)，CoaXPress工業(yè)相機(jī)了，為何還需要光纖工業(yè)相機(jī)？

CameraLink和CoaXPress的帶寬局限和距離局限

CameraLink和CoaXPress作為目前主流的萬(wàn)兆網(wǎng)傳輸技術(shù)，都已經(jīng)有十多年的歷史，也在不斷迭代，提升傳輸帶寬。但礙于銅纜電信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，其帶寬上限已沒(méi)有太大的提升空間。目前，單根銅纜CameraLink的傳輸速度上限，是6.72Gbps，傳輸距離10米。單根銅纜CoaXPress的傳輸速度上限，是12.5Gbps，傳輸距離40米。而單根光纖，100Gbps速度下，傳輸距離仍可達(dá)150米。

CameraLink和CoaXPress相機(jī)專用采集卡帶來(lái)的額外成本

使用CameraLink或CoaXPress傳輸數(shù)據(jù)，均需要在主機(jī)側(cè)配專用的、高價(jià)的采集卡。不同分辨率相機(jī)，適配不同速率的采集卡，價(jià)格有較大差異，平均來(lái)說(shuō)，每采購(gòu)1000萬(wàn)貨值的CameraLink或CoaXPress相機(jī)，通常還需額外花費(fèi)約300萬(wàn)元來(lái)采購(gòu)對(duì)應(yīng)的圖像采集卡。

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CameraLink和CoaXPress銅纜線材部署靈活性較差，成本也更高

Camera Link的線纜不但接頭大，而且數(shù)據(jù)線本身也很粗，這導(dǎo)致線纜很難彎曲，造價(jià)也蠻貴，一般一根3米長(zhǎng)的品牌數(shù)據(jù)線，動(dòng)輒上千元的售價(jià)。

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5、光纖vs銅纜，有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)？

更高的帶寬和更長(zhǎng)的傳輸距離

光纖傳輸主要特點(diǎn)，是帶寬高、距離長(zhǎng)。目前，單根光纖的理論傳輸值已經(jīng)達(dá)到了26000Gbps，普通的光纖，比如，家里上網(wǎng)用到的光纖，也有1000Gbps的帶寬。多模光纖，10Gbps速度下，傳輸距離可達(dá)400米，100Gbps速度下，傳輸距離可達(dá)150米。

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更穩(wěn)定的性能、更低的延遲

光纖基于光的傳輸，不受電磁干擾的影響，同時(shí)，由于光纖帶寬足夠高，提供了更多的帶寬冗余，使得數(shù)據(jù)的傳輸更可靠、延遲更低。

更靈活的部署方式

光纖更細(xì)，可以拉成比銅線更小的直徑。與類似銅線相比，光纖的尺寸更小、重量更輕，也更容易彎折，同樣截面積的管槽，可以布置更多的光纖，對(duì)于空間有限的應(yīng)用場(chǎng)景，非常友好。

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在復(fù)雜的工廠環(huán)境，線材走線，可能要變換很多角度，彎彎曲曲。那么，光纖能適應(yīng)這種不斷變換角度的使用環(huán)境么。光纖的柔韌性，其實(shí)早就突破了大家日常的想象。以常用的G652光纖為例，其彎曲半徑最小可達(dá)30mm。而G657光纖，其最小彎曲半徑可以做到5mm。

光纖芊細(xì)身材、柔韌性、靈活性，使得其對(duì)各種狹小空間的適應(yīng)性，遠(yuǎn)強(qiáng)于電纜。

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更低的成本和碳消耗

基于GigE Vision協(xié)議的光纖傳輸技術(shù)，滿足了應(yīng)用對(duì)高帶寬的需求。GigE Vision協(xié)議的特點(diǎn)，使得主機(jī)端無(wú)需高成本的采集卡，同時(shí)，光纖本身的制造和使用成本，以及碳消耗，也遠(yuǎn)低于銅纜。光纖，是實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)連接的主要基礎(chǔ)設(shè)施。

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6、使用光纖最大的擔(dān)憂：光纖容易損壞？

我們先來(lái)看看一根光纖的結(jié)構(gòu)。

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光纖，最核心的部分是纖芯，纖芯的材質(zhì)，是二氧化硅（其實(shí)就是玻璃）。沒(méi)有保護(hù)的、裸露的纖芯，確實(shí)容易損壞。而經(jīng)過(guò)有效保護(hù)的纖芯，就沒(méi)那么容易壞了。

光纖在各行業(yè)大規(guī)模的應(yīng)用，也證明了，在有效的保護(hù)措施下，正確的安裝和使用，光纖的壽命是遠(yuǎn)大于銅纜的。單根光纖的壽命，可達(dá)100年。

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數(shù)據(jù)中心、洲際跨洋的骨干電信傳輸網(wǎng)、千家萬(wàn)戶，現(xiàn)在都在使用光纖，作為數(shù)據(jù)連接的物理載體。光纖正在逐步走進(jìn)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的穩(wěn)定連接；光纖正在走進(jìn)工廠，連接機(jī)器，為低碳、綠色工廠貢獻(xiàn)力量。最終，全社會(huì)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，都將以光的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，光聯(lián)萬(wàn)物。

7、從視覺(jué)應(yīng)用角度來(lái)看，采用光連接的工業(yè)相機(jī)，有哪些獨(dú)特的價(jià)值與優(yōu)勢(shì)

光纖的最大特點(diǎn)，是高帶寬，而高帶寬，本質(zhì)上是一種成本。

現(xiàn)在的各種萬(wàn)兆網(wǎng)、千兆網(wǎng)應(yīng)用，有不少是卡在帶寬臨界點(diǎn)上，通過(guò)降低應(yīng)用需求，來(lái)滿足成本的要求。

隨著光纖的普及，高帶寬不再等于高成本，帶寬冗余不再是一個(gè)沉重的不可能任務(wù)，而是輕松可以達(dá)到的目標(biāo)。

與滿負(fù)荷相比，足夠的帶寬冗余，將給視覺(jué)應(yīng)用帶來(lái)諸多好處：

1）更穩(wěn)定的傳輸

2）更低的時(shí)延

3）更低的丟幀概率

4）更少的資源投入----工程師只需花費(fèi)很少的時(shí)間，即可完成傳輸?shù)恼{(diào)試

5）更高的可擴(kuò)展性----當(dāng)應(yīng)用需求更高帶寬時(shí)，連接上無(wú)需做變動(dòng)，直接就能使用

8、光連機(jī)器，讓數(shù)據(jù)傳輸不再受限，讓視覺(jué)應(yīng)用再擴(kuò)疆界

自從互聯(lián)網(wǎng)誕生以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用，就在從低帶寬向高帶寬演進(jìn)，低帶寬時(shí)很多不敢想、也想不出來(lái)的需求和應(yīng)用，隨著高帶寬的普及，瞬間涌現(xiàn)出來(lái)，從文字、圖片、視頻、在線游戲到虛擬世界、元宇宙，真實(shí)世界與數(shù)字世界，邊界已經(jīng)模糊，兩個(gè)世界在交互、融合過(guò)程中，又會(huì)催生更多新的需求與應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)的誕生，機(jī)器互聯(lián)的世界，需求和應(yīng)用的發(fā)展，也在從低帶寬向高帶寬方向演進(jìn)：

物聯(lián)網(wǎng)初期，主要的應(yīng)用集中在低帶寬領(lǐng)域：無(wú)線POS，電力抄表，GPS位置定位，這些應(yīng)用的共同特征，是傳輸?shù)男畔⒍家詭资甂計(jì)，普通的2G，3G網(wǎng)絡(luò)，即可滿足其需求。

物聯(lián)網(wǎng)中期，應(yīng)用逐步擴(kuò)展到基于圖片和視頻的應(yīng)用領(lǐng)域，如智慧安防，智慧交通，智慧農(nóng)業(yè)，以及機(jī)器視覺(jué)所處的智慧工廠，智能制造領(lǐng)域。這個(gè)時(shí)期，應(yīng)用對(duì)帶寬的需求，不再以K計(jì)，而是以百兆，千兆，甚至萬(wàn)兆計(jì)。

目前，我們正處于物聯(lián)網(wǎng)中期，但已經(jīng)看到了更大帶寬需求的應(yīng)用方向和場(chǎng)景，更智能的機(jī)器、更自動(dòng)化的產(chǎn)線、更高效的生產(chǎn)、更定制化的產(chǎn)品、更精準(zhǔn)的商業(yè)決策，這些，都需要基于海量的輸入信息做基礎(chǔ)、通過(guò)高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、傳輸至強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)做智能的分析與處理。

光纖傳輸，承載的不僅僅是數(shù)據(jù)，更是智能制造的希望與未來(lái)?！　?/p>