4. 工业相机与传感器接入

在 IGX 工业视觉系统中，相机与传感器的接入方式直接决定了系统的带宽上限、同步精度和部署复杂度。本节围绕四种主流接口——GigE Vision、USB3 Vision、MIPI CSI-2 与 Camera Serial Interface（CSI）——展开，重点讲清它们各自适合什么场景、触发与曝光如何控制、多相机时间戳如何对齐，以及带宽如何规划。

一、四种接口的定位与选型依据

GigE Vision 基于千兆以太网物理层，使用 GVCP 控制协议和 GVSP 流协议，线缆最长可达 100 米，支持 PoE 供电，天然适合多相机分布式部署。其单口 1 Gbps 实际有效载荷约 100～115 MB/s，万兆版本可达约 1 GB/s。USB3 Vision 基于 USB 3.0/3.1，理论 5～10 Gbps，实际持续带宽约 350～400 MB/s（USB3.0），线缆通常不超过 3～5 米，适合单机近距离、中等帧率场景。MIPI CSI-2 是嵌入式 SoC 上的高速串行接口，通过 D-PHY 或 C-PHY 传输，直接连到 IGX 的 CSI 接口，延迟极低、功耗小，但线缆极短（通常 15～30 cm），适合板载或模组化相机。Camera Serial Interface 是 MIPI CSI 的规范名称，工程中常混用，实际指同一套物理与协议层。

选型时先看三个约束：传输距离、单相机带宽需求、是否需要硬件级同步。远距离多机选 GigE Vision；近距离高帧率选 USB3 Vision；超低延迟嵌入式选 MIPI CSI-2。若系统同时存在多种接口，IGX 可通过 PCIe 扩展网卡、USB 控制器和 CSI 接口分别接入，但需注意不同接口的时钟域不同，跨接口同步必须依赖外部触发或时间戳对齐。

二、触发同步与曝光控制

工业场景中，相机不能自由运行，必须由外部事件触发。常见触发源包括光电开关、编码器、PLC 输出或 IGX 的 GPIO。触发信号进入相机后，相机在固定延迟内启动曝光，曝光时间由寄存器设定。以 GigE Vision 相机为例，触发模式通常配置为 TriggerMode=On、TriggerSource=Line0、TriggerActivation=RisingEdge，曝光时间通过 ExposureTime 设置，单位微秒。若使用编码器触发，还需设置分频或倍频，使相机在固定位移处曝光，避免速度波动导致图像拉伸或压缩。

曝光控制有两个关键点：一是曝光时间与运动模糊的关系，曝光时间越长，运动模糊越大，通常要求曝光时间内物体移动不超过 1 个像素；二是曝光与增益的权衡，优先增加曝光时间而非增益，因为增益会放大噪声。对于高速产线，可采用频闪光源配合短曝光，将曝光时间压缩到 50～100 μs。

三、多相机时间戳对齐

多相机系统中，每台相机都有自己的内部时钟，若各自自由运行，时间戳会逐渐漂移。对齐方法分三个层次：第一层是硬件触发，所有相机共用同一个触发信号，曝光起始时刻由硬件同步，误差在纳秒级；第二层是 PTP（IEEE 1588）时间同步，GigE Vision 相机支持 PTP，通过交换机与 IGX 主时钟同步，时间戳统一到同一时间基准；第三层是软件时间戳，在采集卡或驱动层记录到达时间，精度较低，通常用于辅助校验。

实际部署中，推荐“硬件触发 + PTP”组合：触发信号保证曝光同步，PTP 保证时间戳可比较。若相机不支持 PTP，可用 IGX 的 GPIO 输出一个周期脉冲作为公共时基，各相机在触发上升沿记录时间戳，再通过标定补偿固定延迟。标定方法：用同一闪光事件同时照射所有相机，记录各相机时间戳，差值即为固定延迟，写入配置进行补偿。

四、带宽规划与计算示例

带宽规划的核心公式：单相机带宽 = 分辨率宽 × 高 × 位深 × 帧率 ÷ 8（字节）。以 500 万像素、8 位灰度、30 fps 为例：2448 × 2048 × 8 × 30 ÷ 8 ≈ 150 MB/s。若使用 GigE Vision 千兆网，单口有效带宽约 115 MB/s，则一台相机已接近上限，需改用万兆网或降低帧率。若使用 USB3 Vision，350 MB/s 可支持两台同规格相机。若使用 MIPI CSI-2，4-lane D-PHY 每 lane 约 1.5 Gbps，4 lane 约 6 Gbps，可支持更高帧率，但线缆长度受限。

多相机时，总带宽不能超过接口总带宽的 70%～80%，需预留协议开销和突发余量。例如 4 台 200 万像素、8 位、60 fps 相机，单台约 120 MB/s，总需求 480 MB/s，千兆网无法承载，需万兆网或分组接入。若使用 USB3，需注意 USB 控制器共享带宽，建议每台相机独占一个控制器或使用 PCIe USB 扩展卡。

五、配置检查清单

完成上述配置后，可用 arv-tool 或相机厂商 SDK 读取实际帧率、时间戳和丢帧计数。若时间戳偏差持续增大，检查 PTP 是否锁定；若出现丢帧，优先降低帧率或分辨率，再检查网卡巨帧和中断合并设置。带宽规划不是一次性的，需在系统集成后实测验证，确保长时间运行稳定。