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IIDC2-工业数码摄像机的新起点

关键词:IIDC2 数码摄像机 DCAM

时间:2012-12-03 10:33:55      来源:互联网

成功规范的重要标志是能够在行业领导者和开源社区的共同推动下不断进行改进。以太网、SCSI和JTAG规范已经有几十年的历史,至今仍被广泛使用,它们在经历多次更新后,其易用性和功能都得到了增强。

成功规范的重要标志是能够在行业领导者和开源社区的共同推动下不断进行改进。以太网、SCSI和JTAG规范已经有几十年的历史,至今仍被广泛使用,它们在经历多次更新后,其易用性和功能都得到了增强。

另一个例子当属近期推出的“仪器使用和工业数码相机规范2”(IIDC2),它是对IIDC1.3规范和数码相机(DCAM)规范的重大改进。
 

图1:三款分别由Hamamatsu、Sony和Toshiba Teli提供的IIDC2照相机连接到Technoscope的1394b转发器和Express卡上,用于演示IIDC2规范的速度和可靠性。

由于消费类数码摄像机生成的是压缩音频/视频流,并符合音频视频控制规范(AV/C IEC-6188规范),因此其数码摄像功能一般都是双模设计。相比之下,仪器和工业数码摄像机生成的则是未压缩的视频流(无音频)并符合DCAM和IIDC 1.3规范。DCAM和IIDC 1.3规范包含丰富的摄像机控制功能,例如亮度、帧速率、快门速度和白平衡。所有这些功能都未包含在AV/C规范中。

针对实时应用的未压缩视频

仪器和工业数码摄像机的独特之处在于其侧重点是未压缩视频、原始帧速率和高分辨率。未压缩视频处理能力对于安全系统和汽车倒车影像系统等实时应用来说具有关键意义,因为这类应用不允许有明显的延迟出现。延迟是由消费类摄像机、网络摄像头和手机摄像头中使用的压缩程序造成的。高安全性应用在这方面的要求最为严格,最多只允许出现5毫秒的延迟。安全与机械视觉系统要求的帧速率非常高,一般要大于60帧/秒(fps),才能保持监视和定位的准确性。IIDC摄像机的标准帧速率在1.875fps到60fps之间。Point Grey、Basler和Sony已经利用扩展的IIDC寄存器将一般条件下的帧速率提高至100fps,而且在某个应用中实现了200fps的超高帧速率。高分辨率是安全和监视应用最重要的性能指标。当今的IIDC摄像机分辨率可达到640x480至2448x2048,色深范围介于8位/像素至24位/像素之间。

发展简史

1394贸易协会于1996年制定了首个数码摄像机规范,即IIDC 1.04。2008年升级为IIDC 1.32。早期IIDC规范选用的传输协议是IEEE 1394(FireWire),因为它的传输速度快(400Mb/s),总线供电能力强而且具有可靠的视频数据交付能力。除了网络摄像头,IIDC 1.3还被广泛应用于机械视觉和计算机视觉应用中,其中包括取得重大成功的Apple iSight摄像头系列。

IIDC 1.3数字摄像机的普及程度日渐提高,原因在于:该规范采用菊花链这种简单布线方式;而且由于IEEE-1394的总线供电能力高达45W,强于USB(2.5W)和以太网(0W)等其他串行总线技术,因此可以方便地利用总线为摄像机供电。IEEE-1394是一种早期的开放标准,而且具备合适的技术功能,这使得IIDC 1.32成为libdc1394、unicap和coriander等众多数码摄像机开源(Linux)社区项目的基础。对Linux社区而言,“合适”的技术功能包括总线仲裁、带宽分配,以及IEEE-1394所具备的低CPU开销特性。之所以IEEE-1394具有较低的CUP开销是因为每个IEEE-1394设备都有内置的硬件自主管理特性,即无需CPU就能实现器件枚举功能。

早期DCAM和IIDC规范采用的控制和状态寄存器(CSR)组织方式比较零散而且不连续,因此难以应用于产品设计。从根本上讲,IIDC 1系列规范使用扁平的线性寄存器映射,新增功能只能简单地添加到线性列表的末尾。下表是从IIDC 1.32规范中摘录的表格,显示了在寄存器映射中分布的单个特性的INQ(特性)、功能实现和状态。

表1:

另外,最初的DCAM和IIDC规范只能使用IEEE 1394传输方式


2009年,日本工业成像协会(JIIA)和1394贸易协会共同进行了一项开发工作,目的是将IIDC 1.32规范升级为更加“现代化”的标准。新规范将特性的全部元素集合到一个连续的寄存器空间内,使其得以更加方便地(成本更低)在产品中实施。开发IIDC2标准的目的是简化工业摄像机的设计工作,而且当数码摄像机与个人计算机连接时,计算机更容易检测到摄像机的各种特性。IIDC2无法向后兼容IIDC 1.32规范。

相比之下,IIDC2规范将摄像机的控制、状态、功能与传输介质进行分离。将摄像机的控制功能与高速数据传输机制进行隔离,便于在将来使用其他传输介质。

IIDC2规范要求利用标准结构将各项功能组织到不同的分类模块中,并依据通用寄存器格式以固定的偏移量将模块连接在表单中。这种方式类似于在USB、SATA和1394规范中得到成功使用的开放式主控制器接口(OHCI)格式。另外为简化数据传输,IIDC2还吸收了更多的指令、流和流传输功能。下表取自IIDC2规范,列出了一系列具有相同结构的通用分类模块,这些模块用于描述IIDC2摄像机功能和状态。

表2:
 


IIDC2定义了31种基本的分类模块,用于实现IIDC2摄像机功能。基本的控制模块包括设备控制模块以及针对传输层、图像格式、采集、亮度和数字I/O的控制模块

IIDC2原型于2011年11月在德国斯图加特Vision Show上首次亮相,之后不久的2012年3月,IIDC2规范就得到了日本工业成像协会(JIIA)和1394贸易协会的批准。此外,今年四月举办的2012韩国Vision Show演示了更多IIDC2产品。

IIDC2产品将首先使用800MB/s的IEEE-1394传输方式实现数据传输和功率分配。将来的IIDC2数码摄像机还可能采用以太网或者USB传输方式。

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