千兆最佳实践:用于多个千兆相机系统的最新硬件

千兆以太网(10GigE)正在实现下一代机器视觉应用。通过一个可靠的、广泛可用的接口提供10Gbit/sec的吞吐量，像FLIR orix这样的10GigE相机的优势使其成为主导的机器视觉接口。10GigE的速度和简单性让开发人员可以自由地设计下一代多摄像机机器视觉系统。本文提供了将多个千兆和10千兆摄像机组合成单个视觉系统的最佳实践。

为您的PC设置多个10GigE相机

在设置多个10GigE摄像机系统时，主机端最重要的规格是网卡和系统内存。

FLIR测试中最好的网络接口卡

在FLIR的评估中，基于tehuti的带有Marvell或aququantia物理层(PHY)的网卡提供了最可靠的性能。为了确保充分的PCIe带宽可用性，网卡应该插入不能与板载外围设备(如USB端口或音频系统)共享带宽的插槽。最靠近CPU的插槽通常是最佳选择;请参阅您的主板的文档，以确认这一点。

系统内存- 10Gbit/sec是大量的数据

在CPU将传入的图像数据用于特定应用程序的处理之前，它将以太网数据包重组为图像帧。这个过程只使用了中端i7 CPU大约1%的计算能力，但需要足够的内存来支持将数据包按顺序排列并将其内容读入主机端图像缓冲区的复制操作。10Gbit/sec是大量的数据，需要高内存带宽。推荐使用DDR4内存，当前Intel和AMD cpu均支持。支持双通道内存的系统配置至关重要。

双通道内存易于设置。不要使用具有所需容量的单内存模块，而是安装两个容量为所需容量一半的模块到单独的内存通道中。所有的现代主板都支持双通道内存，而许多主板的发烧友支持三通道内存。Intel i7处理器推荐用于运行多个10ge摄像头的系统，因为它们支持比i5处理器更高的内存带宽。虽然从千兆相机抓取帧不是CPU密集型的，但在数据上运行的机器视觉应用程序可能需要大量的CPU或GPU计算能力。

流到磁盘

一个视觉系统与多个10GigE相机在全速运行产生非常大的数据量。对于需要将大量帧存储到磁盘的应用程序，推荐使用NVMe固态硬盘(ssd)，因为其支持的数据速率高达SATA iii存储的7倍。三星970 Pro是目前市面上最快的1TB容量的固态硬盘。为了保持两个或更多FLIR羚羊相机全速运行，需要NVMe ssd RAID阵列。主板是可用的控制器NVMe RAID使用M.2 ssd。Gigabyte Z170X-SOC支持3个M.2 NVMe驱动器，使写入速度达到24Gbit/sec。RAID 0可以提供最大的写速度、性能和存储容量，同时降低系统成本和复杂度。

现成的系统

采用千兆以太网作为机器视觉接口，正在推动支持多个千兆摄像机的预构建系统的开发。例如，Vecow ECS-9700工业PC有4个10GBASE-T接口。

为10GigE相机设置网络

10GBASE-T网络硬件被广泛使用。硬件支持9K或15.5K超大数据包，通过减少网络开销和简化主机端数据包重组过程，使您的10GigE视觉系统的性能最大化。对于多摄像机系统，FLIR推荐使用CAT6A电缆，以减少相邻电缆之间的串扰。

并不是所有的多摄像头系统都要求每个摄像头有一个主机端端口。以低于最大速率触发摄像机的系统可能使用一个交换机在两个或多个摄像机之间共享一个主机端10GigE端口。必须考虑相机触发顺序。如果多个摄像机同时触发，同时传输两个或更多的图像将引入延迟，延迟随着触发的摄像机数量的增加而增加。

可负担的10GigE交换机的可用性为系统设计人员提供了一种简单的方法，使IEEE1588精确时间协议(PTP)在多摄像机系统上实现。PTP可以通过同步相机的时钟或连接到同一个开关的GPS大师时钟，在相机之间创建一个通用的时间基。

10ge交换机最近的一个趋势是增加支持10GBASE-T和SFP连接器的组合端口。像QNAP QSW-1208-8C这样的交换机为系统构建者提供了前所未有的灵活性。他们可以将10GBASE-T摄像机连接到现有的基于sfp的硬件上，而不需要新的收发器。它们还可以作为具有成本效益的媒体转换器，使多个10GBASE-T摄像机可以在长千米的光纤电缆或高水平电磁干扰(EMI)的环境中工作。

设置相机

当多个摄像机共用一个端口时，系统设计者必须确保摄像机的带宽要求不超过其连接的主机端端口的带宽要求。有几种方法可以做到这一点，包括:

• 选择较小的感兴趣区域(RoI)以减少每帧的像素数。
• 限制相机的帧率，以减少每秒的帧数。
• 切换到低位深度像素格式。
• 将彩色相机从RGB像素格式切换到BAYER8，并允许主机端颜色插值，以减少每像素的位数。

图4所示。当多个摄像机共享单个主机端端口时，必须管理带宽，以确保不超过可用带宽。

锁定相机的最大吞吐量是一个有效的方法，以消除猜测，同时确保他们的最佳性能。锁定最大吞吐量可以确保您确切地知道每个相机上有多少带宽可用。在FLIR的Spinnaker SDK中，这个控件在设备链路吞吐量设置下可用。

结合10GigE和GigE相机

FLIR 10GigE相机与GigE Vision协议兼容，可以为各种第三方软件提供开箱即用的支持。当连接到千兆硬件时，10GBASE-T端口自动协商到标准千兆速度。这种兼容性使得在10GBASE-T交换机和通用SDK上混合和匹配10GigE和GigE相机变得很容易。通过将GigE和10GigE相机的无缝结合，设计师可以在不同的点优化成像性能，从而提供精确和经济的系统。

10GBASE-T硬件可以极大地简化主要基于千兆以太网的系统。设计人员可以将千兆相机连接到千兆交换机上，并在单个主机端千兆端口上以全帧速率操作它们。

结论

10GigE和GigE相机之间的许多相似之处使它们在单摄像机和多摄像机系统中都可以快速、轻松地设置。10GBASE-T网络硬件被广泛使用。与GigE Vision协议的兼容性确保了对广泛软件的支持。像本文这样的最佳实践资源以及许多操作指南都很容易访问。