机器视觉中不能不考虑的数据传输速率

当我们在选择工业相机，选择接口时我们是否有曾疑问过，这个USB或网口的传输速率是否能满足相机采像的数据传输速度？会不会因为该通讯口的传输速率的不足导致相机频繁丢帧？没事，接下来带你清算下所谓影响相机采像的数据传输速率如何做匹配和计算，跟着走呗。

PCIe插槽带宽

由于大部分的网卡或者USB 3.0扩展卡都是插在PCIe插槽上的，那我们先了解下与PCIe插槽有关的信息及传输速率。

PCI-Express(Peripheral Component Interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，属于高速串行点对点双通道高带宽传输。根据PCIe插槽的传输通道数，PCIe插槽的常见规格可分为，PCIex1，PCIex4，PCIex8，PCIex16四种插槽，如下图。

不版本的各个PCIe插槽的数据传输速率也不一样，如下图。

比如PCIe 3.0版本的PCIex4的最大数据传输速率是3.938GB/s，也就是若是该PCIe的插槽上插的扩展网卡或者USB 3.0卡总的数据传输速率不能高于3.938GB/s，不然就有可能导致传输数据的丢失。

网卡的区别

网卡根据最大的支持带宽不同，可以分为百兆网卡，千兆网卡和万兆网卡。百兆网卡支持最大为100Mb/s带宽，即12.5MB/s，千兆网卡支持最大为1000Mb/s，即125MB/s，而万兆网卡支持最大为10000Mb/s，即1250MB/s。

网卡有分百兆，千兆和万兆，同样网线也是有分百兆网线，千兆网线和万兆网线。千兆网线适用千兆网络和百兆网络，一般为六类网线、超五类网线，而百兆网线只适用于百兆网络，为五类网线，六类线的传输频率远高于五类网线。

在百兆网络中，网线在传输网络信号的过程中，只运用到橙白-1，橙-2，绿白-3，绿-6，这4根线芯，也就是说即使其他4根线芯不用，在百兆网络下也能传输网络信号。而在千兆网络中，网线在传输网络信号时，是一定要运用到8根线芯的，否则达不到千兆网络传输的同时收发。

根据网线的外皮上有CAT5、CAT5E、CAT6、CAT8等等，意思为五类线，超五类线，六类线，八类线。其中，五类线属于百兆网络，超五类线、六类线为千兆网线，七类线为万兆网线，八类线属于十万兆网线。

相机区别

不同的工业相机，在满帧采集的情况下进行采图所需要的传输速率也是各不相同的。由于工业相机采图输出的数据都是图像原始数据，没有经过压缩和处理，因此可以根据相机的像素点数、每个像素点占用位数及相机帧率来计算该相机所需要的数据传输速率，下面以海康的四款相机为例进行分析，如下表。

以黑白相机为例，每个像素点占8个位，也就是1个字节，则满帧采图的情况下，MV-CA050-20GM每秒传输的数据为2592×2048×1×22=116785152B即111.375MB。MV-CH120-10TM-F-NF每秒传输的数据为4096×3000×1×68=835584000B即796.875MB。所以两款黑白相机满帧采图的情况下的数据传输速度是111.375MB/s和796.875MB/s，对照上面的网卡类型，决定了这两款相机在满帧采图的情况下要用到千兆网口和万兆网口才能满足。

彩色像素点一般是由三个颜色来构成的，这里以RGB为例，RGB三个通道各占8个位，即各占1个字节，则一个彩色像素点要占3个字节，是黑白像素点的3倍，因此上述两款彩色相机在满帧的情况下图像数据的传输速度是334.125MB/s和2390.625MB/s。上述500万像素的彩色相机满帧采图的情况下用千兆网口的传输速率已经不能满足，必须上到万兆网口。

综合分析（标题不超过9个字）

假如4颗上述500万像素的黑白相机同时接到一张PCIex4的千兆网卡上，该千兆网卡的PCIe接口是3.0版本，则4颗黑白相机同时满帧采图时的数据传输速率是111.375MB/s×4=445.5MB/s，而根据上PCIe 3.0版本PCIex4的数据的传输速率是3.938GB/s，完全可以满足4颗黑白相机同时满帧采图。

若是2颗上述1200万像素的彩色相机同时接到一张PCIex4的万兆网卡（假如万兆网卡的每个网口的传输速率可以达到2.5GB/s）上，PCIe插槽的版本是3.0，则两颗1200万彩色相机同时满帧采图时的数据传输速率时2390.624MB/s×2=4.667GB/s，超过了PCIe 3.0版本PCIex4的最大传输速率，因此两颗1200万像素的彩色相机同时满帧采像将会发生图像丢帧现象。

如上例子，总结以下几个容易引起相机丢帧的情况。

（1）相机问题导致数据不能正常传输

（2）扩展网卡或者USB3.0卡有问题

（3）相机网线达不到传输速率要求

（4）PCIe插槽有问题，达不到标准速率。如有的PCIe插槽可能是从主PCIe插槽扩展出来的，与主PCIe插槽共用一个PCIe插槽的带宽

（5）相机满帧采像的数据传输速率超过单个网口/USB3.0口的传输速度

（6）网卡/USB3.0卡所有通道满负荷工作超过对应PCIe插槽的数据传输速率

以上就是关于机器视觉中常用到的数据传输速率分析，如有错误，欢迎指正，

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内容来源 | 小卢大师