基于赛普拉斯USB 30摄像头的实现

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在系统中集成摄像头需要软件应用读取图像感应器中的数据并发送控制信息到图像感应器控制器。这可通过采用USB驱动器来完成。视频摄像头现成可用的标准USB驱动器基于USB视频类型(UVC)。它是一款兼容所有PC的即插即用设备，而且像PC网络摄像头一样广泛用于视频捕获应用。不过，UVC驱动器存在一些限制，对机器视觉应用来说并不理想，特别是UVC驱动器只支持非压缩YUV格式(如YUY2和NV12)的图像，这就限制了图像感应器的选择范围。由于图像感应器寻常捕获的是Bayer、RGB或单色图像，因此必需通过ISP(图像信号处理流水线)函数将原始图像数据转换为YUV格式的图像。我们可用FPGA在图像感应器上或通过软件在PC主机上完成上述工作。但这对某些生成原始Bayer和RGB数据、系统中又不需要额外报头或ISP的高帧速率或高分辩率摄像头而言不是好事。

由于UVC驱动器最初是针对消费类视频应用而设计的，因此不支持机器视觉应用所需的高度定制功能，同时也不能提供机器视觉应用可能需要的各种摄像头控制特性。

鉴于UVC的种种缺陷，机器视觉摄像头产业需要一种完全不同的设备类型或定制驱动器解决方案。采用定制驱动器，设计人员能选择自己喜欢的图像感应器，并针对目标应用专门设计控制特性。但是，要提高灵活性，增加控制特性，就需要更长的设计周期。

为了避免这种延迟，国际自动成像协会(AIA)已经根据领先成员的提议制定了一种新的标准USB3Vision。根据USB3Vision标准，摄像头设备的基本发现、功能报告(如增益、亮度、灰度系数、图像分辩率、帧速率等)以及UVC通过批量或同步管道传输数据流等功能保持不变。

USB3Vision的差异性在于其能支持更多传输非YUV格式图像的图像感应器、更多摄像头控制特性以及GenICam等软件程序的应用层兼容性。我们的想法就是尽可能多地重复利用GigEVision和CoaXPress等现有标准的模块，让设计人员采用自己熟悉的方法，更轻松地进行开发。这便于厂商和设计人员将同样的软件前端与使用USB3.0的最快速的硬件后端协同使用。

USB3.0Vision还支持自定义驱动器实施方案，以满足那些无法在硬件中支持全部特性与功能的厂商需求。

举例来说，假使硬件没有足够的代码空间来发现和存储所有摄像头控制参数，那么USB主机上的定制驱动器会抛弃这些因素，从而保持与现有软件应用的兼容性。

当前机器视觉领域中的USB3.0

目前已有大量厂商推出USB3.0机器视觉摄像头。最常见的设计包含一个CMOS图像感应器和一个用于USB3.0连接的赛普拉斯EZ-USB?FX3控制器。根据目标应用的不同，厂商可对其摄像头进行差异化设计，如利用FPGA实现ISP和图像感应器接口转换，或采用较大容量的帧缓冲器进行影像处理或确保视频流可靠传输。图3显示了机器视觉系统的基本方框图。

图3：采用赛普拉斯FX3的机器视觉设计

FX3配备了可配置的通用可编程接口(GPIFII)，使FX3不仅能够直接连接至任何FPGA或图像感应器，而且还可提供400MBps的数据传输速率。此外，FX3采用一个带有512KBRAM的200MHzARM9处理器，确保快速传输实时图像数据。ARM9内核负责管理USB3.0协议栈，经过编程可根据需要用作USB视频类型(UVC)、USB3Vision或厂商定义的摄像头。

USB3.0：为机器视觉未来发展铺平道路

机器视觉对高带宽、低功耗和低成本接口的需求比以往更突出。在今年的VISION展会上，几乎每一家机器视觉摄像头供应商都推出了一款USB3.0产品或正在积极设计该产品。机器视觉供应商对USB3.0的广泛支持充分说明采用USB3