一种100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机的制作方法

本实用新型涉及一种带有以太网接口的工业相机，尤其涉及一种100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机。

背景技术：

现有的主流工业相机，多是千兆速度级别，该接口的工业相机的带宽最多只能到1Gbps；还有一些是千兆百兆自适应的，相机适应的范围也比较窄，如果网卡侧设置成固定2.5G速度，相机和网卡就不能连接成功。

非网口的工业相机，比如USB接口或CameraLink接口，传输距离比较受限，如USB3.0通过电缆最多5m，CameraLink最远10m，传输距离非常受限。

光纤接口的相机虽然能解决传输距离的问题，但成本较高，布线要求较高，在工业像场应用有很高的难度。

因此，千兆以太网已经统治网络传输应用十余年，一直没有可替代的速度级别。而万兆网产品功耗和成本居高不下，应用普及还有很大差距。

技术实现要素：

为解决工业相机传输带宽和自适应问题，本实用新型提供了一种100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机，该工业相机采用NBASE-T接口技术，可以通过以太网传输100Mbps、1Gbps、2.5Gbps、5Gbps、10Gbps带宽的图像，10Gbps可以覆盖绝大部分高端应用，2.5-5Gbps可以覆盖大部分中端应用，1Gbps可以覆盖大部分低端应用。另外该工业相机可自适应100M、1G、2.5G、5G、10G 5种速率网卡，适用于不同速度等级的主机端设备，解决了工业现场不同网络接口互联问题。比如用户在实验室使用百兆网卡与设备连接，进行采集调试；而用户在工业现场可以使用10G网卡，以获取更高的帧率。

本实用新型的具体技术方案是：

一种100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机，其特征在于，所述工业相机包括前端的图像传感器、中间的可编程逻辑芯片、后端的物理层芯片、网络接口和电源芯片；

所述图像传感器采集图像数据后，将所述图像数据传输至所述可编程逻辑芯片中；

所述可编程逻辑芯片将所述图像数据串转并、拼接为并行图像数据，然后对所述并行图像数据预处理；所述可编程逻辑芯片内包括多个不同带宽的链路层；

所述物理层芯片与所述网络接口相连，所述网络接口与主机网卡相连，所述物理层芯片能够识别所述主机网卡速率；

所述可编程逻辑芯片与所述物理层芯片相连，根据所述物理层芯片的识别结果选择相应所述链路层，然后经所述物理层芯片及所述网络接口向所述主机网卡传输预处理后的所述图像数据；

所述电源芯片作为电源向所述图像传感器、所述可编程逻辑芯片和所述物理层芯片分别传输电力。

进一步地，所述可编程逻辑芯片上设有低压差分信号接口，所述图像传感器通过所述低压差分信号接口与所述可编程逻辑芯片相连。

进一步地，所述可编程逻辑芯片还包括解串模块和图像预处理模块；

所述解串模块通过所述低压差分信号接口与所述图像传感器相连，用于接收所述图像数据，并将串行数据恢复成并行数据，从中提取出原始的图像数据；

所述解串模块与所述图像预处理模块相连；所述解串模块将提取出的原始图像数据传输至所述图像预处理模块；所述图像预处理模块对所述原始图像数据进行坏点校正、白平衡、颜色校正的预处理，并向所述链路层传输预处理后的图像数据。

进一步地，所述可编程逻辑芯片还包括内存芯片和图像帧存模块，所述内存芯片设置在所述可编程逻辑芯片外部，所述图像帧存模块设置在所述可编程逻辑芯片内；

所述图像预处理模块通过所述图像帧存模块与所述链路层相连；所述图像帧存模块中设有内存控制器，以实现图像帧缓存功能，通过所述内存控制器所述图像帧存模块与所述内存芯片相连，所述内存芯片用于缓存预处理后的图像数据；所述内存芯片与所述电源芯片导线相连；所述图像帧存模块将图像数据封成以太网包传输至所述链路层。

进一步地，所述可编程逻辑芯片上设有高速串行收发器，所述可编程逻辑芯片通过所述高速串行收发器与所述物理层芯片相连，并将预处理后的所述图像数据通过所述高速串行收发器的高速串行接口发送给所述物理层芯片；所述高速串行收发器的速度可以根据所述链路层速度调整。

进一步地，所述高速串行收发器的速度通过动态配置时钟调整。

进一步地，所述链路层包括10G、5G、2.5G、1G或100M链路层。

进一步地，所述工业相机还包括flash芯片，所述flash芯片与所述可编程逻辑芯片相连，用于储存所述可编程逻辑芯片的烧写文件；所述flash芯片与所述电源芯片导线相连。

进一步地，所述物理层芯片具有寄存器，用于储存并传输所述物理层芯片识别的网卡速率。

本实用新型的有益效果：

本实用新型使用最新的NBASE-T技术和工业相机相结合，使工业相机最高带宽提高到10Gbps，大幅提升检测设备工作效率；同时相机提供100M/1G/2.5G/5G/10G 5速自适应方案，支持高中低成本接口，给客户较大的选择空间；解决不同网络接口互联问题。

附图说明

图1为本实用新型100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机的系统构成示意图；

图2为本实用新型100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机的结构示意图；

图3为本实用新型100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实施例记载了一种100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机，该工业相机主要由前端的图像传感器、中间的可编程逻辑芯片(FPGA芯片)和后端的物理层芯片(PHY芯片)组成。

图像传感器用于采集并输出图像数据，如图1所示，本例中图像传感器采用高速的图像传感器，其可以向可编程逻辑芯片输出串行低压差分信号(LVDS)，低压差分信号中包含图像数据和控制信号。

可编程逻辑芯片接收图像数据后，将图像数据串转并、拼接为并行图像数据，然后对并行图像数据进行坏点校正、白平衡、颜色校正等预处理。

可编程逻辑芯片上设有高速的低压差分信号接口和高速串行收发器(SERDES)。图像传感器通过低压差分信号接口与可编程逻辑芯片相连，可编程逻辑芯片通过低压差分信号接口接收图像传感器的串行图像数据。可编程逻辑芯片通过高速串行收发器与物理层芯片相连，可编程逻辑芯片通过高速串行收发器的高速串行接口将预处理后的图像数据发送给物理层芯片。

物理层芯片与网络接口(RJ45接口)相连，网络接口与网卡相连，物理层芯片通过网络接口向网卡传输预处理后的图像数据。

可编程逻辑芯片为实现对图像数据的预处理及传输，如图2所示，其内部还包括解串模块、图像预处理模块、图像帧存模块和链路层。

解串模块通过低压差分信号接口与图像传感器相连，用于接收低压差分信号，并将串行数据恢复成并行数据，以便从中提取出原始的图像数据。

解串模块通过图像预处理模块与图像帧存模块相连。解串模块将提取出的原始图像数据传输至图像预处理模块，原始图像经过图像预处理模块的坏点校正、白平衡、颜色校正等一系列图像预处理之后，传入图像帧存模块中；图像帧存模块中设有内存(DDR3)控制器，以实现图像帧缓存功能；在可编程逻辑芯片外部设有内存芯片，通过内存控制器图像帧存模块与内存芯片相连，将预处理后的图像数据放入内存芯片中缓存。在可以传输图像数据时，可编程逻辑芯片从图像帧存模块中读出图像数据，实现图像缓冲，保证完整帧传输和数据重传功能。

图像帧存模块将图像数据封成以太网包，传输至链路层。链路层由多个不同带宽的链路层构成，本例中链路层由10G、5G、2.5G、1G或100M链路层组成，链路层通过高速串行收发器与物理层芯片相连。根据链路层速度，高速串行收发器通过动态配置时钟实现高速串行收发器速度与链路速度的匹配。

物理层芯片具有寄存器，物理层芯片识别网络接口中的网卡速率后，将网卡速率反馈到寄存器中。寄存器设有中断引脚，通过中断引脚可编程逻辑芯片读取物理层芯片寄存器中的信息，根据读取的网卡速率自动选择100M/1G/2.5G/5G或10G链路层，通过高速串行收发器将图像数据发送到物理层芯片。

该工业相机还包括flash芯片和电源芯片。flash芯片与可编程逻辑芯片相连，用于储存可编程逻辑芯片的烧写文件。电源芯片作为电源向图像传感器、可编程逻辑芯片、内存芯片、flash芯片和物理层芯片分别传输电力。

如图3所示，该工业相机实现100M、1G、2.5G、5G、10G接口自适应选择的流程是：

1、给工业相机供电，并使用网线连接工业相机和主机网卡；

2、工业相机中的物理层芯片识别网卡支持的速率，并反馈到对应的寄存器中；

3、物理层芯片通过中断引脚将信息通知可编程逻辑芯片；

4、可编程逻辑芯片读取物理层芯片的寄存器，获取连接速度；并确定速度是否在链路层范围内；

如果主机网卡速度是100M、1G、2.5G、5G、10G中的一种，则继续，否则报错；

5、选择链路层速度；

如果主机网卡在速度范围内，可编程逻辑芯片选择对应的链路层：100M链路层、1G链路层、2.5G链路层、5G链路层或10G链路层；

6、根据链路层速度，高速串行收发器通过动态配置时钟实现高速串行收发器速度与链路速度的匹配；工业相机和主机网卡建立连接；

7、控制工业相机进行图像采集。

本实施例的100M/1G/2.5G/5G/10G接口自适应工业相机，集成万兆网和NBASE-T技术，带宽最高可达10Gbps已经远远大于1Gbps的带宽，检测设备带宽大幅提升。NBASE-T技术可以在千兆以太网传输线缆基础上，将带宽提高到5倍，且传输距离不变，传输带宽提升成本变化不大，是一项革新的技术。工业相机连接超五类线缆，传输距离最长可达100m，稳定传输，布线方便，同时弥补了USB3.0和Camera Link相机近距离传输的不足和光纤接口现场布线的限制。

另外该工业相机提供宽范围的自适应，对成本敏感的用户可以使用5G以下速度，线缆、网卡、交换机等的成本都比较低，给用户提供最大的选择空间。原来使用千兆网的用户可以直接升级到2.5G或5G，无需更换网线。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。