工业相机如何提高传输速度

假如有一款相机正常输出时的速度为640FPS，使用PLUS模式时帧率可以达到1230FPS。那么如何从640FPS达到1230FPS，我们不做过多说明，只是从接口优化、配置及系统设计等方面来谈一下工业相机如何提高输出速度。

一、优化相机参数

数据接口的总带宽是固定的，所以要提高速度，那就只能减小每帧图像的数据量才可以。

1、缩小AOI（感兴趣区域）

即减小图像输出的区域。这种方法，在工业相机中是非常常见的，即使用不同的视频模式（改变分辨率），可以有效的提高相机的速度。

原理：传输数据量=分辨率×像素深度。
示例：

全画幅1920×1200 @ 8bit → 2.3MB/帧 → 100fps需230MB/s带宽。

ROI设为640×480 → 0.3MB/帧 → 相同带宽下帧率可提升至766fps。

2、降低分辨率或Binning

Binning模式：2×2像素合并（牺牲分辨率，提升信噪比和速度）。

在目前的工业相机中，是比较常用的一种方法，可以有效的提高图像的输出速度。Binning是一种图像读出模式，将相邻的像元中感应的电荷加在一起，以一个像素的模式读出。Binning分为水平方向Binning和垂直方向Binning，水平方向Binning是将相邻的行的电荷加在一起读出，而垂直方向Binning是将相邻的列的电荷加在一起读出。Binning这一技术的优点是能将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏度，输出速度，降低分辨率，当行和列同时采用Binning时，图像的纵横比并不改变，当采用2:2Binning，图像的解析度将减少75%。

3、使用上一帧图像的部分数据

这种方法早期的工业相机就有曾使用过。如隔行扫描。原理上大概是当前帧的图像只读取奇数行（或偶数行），其图像的偶数行（或奇数行）使用上一张图像的数据进行组合。这种方法在针对运动目标的检测时，会出现锯齿效应。

4、抽样采集，插值还原

这种方法，与方法2或方法3类似。也是通过抽样的方式，得到原始数据。即如果1280行的数据，那么只读取640行。然后通过插值的方法，直接计算得到另外的640行的数据。这种方法，不会出现锯齿效应，但是会降低清晰度，使图像变模糊。因为通过计算得到的数据是估计值，并不能代表真值。

5、平滑区域使用Binning、抽样等，跳变区域逐像素输出

这种方法，类似于图像处理中的轮廓分析、几何匹配、纹理分析等方法。可以对原始数据进行一次粗的扫描，如果当前区域没有太多的变化，即不存在边缘，相对比较平滑的话，那可以直接使用插值、Binning等方法输出，这样可以减少数据量。而对于有跳变，即有边缘的地方，则不使用抽样等方法，直接每个像素都输出。这样可以有效的减少数据量而又不损失图像的边缘细节。但是这其中的计算量，算法的实现，计算速度跟不跟得上，都需要考虑。能不能实现还是需要考虑的。

6、曝光与触发

最短曝光时间：曝光时间≤1/帧率（如1000fps需≤1ms曝光）。

硬件触发同步：外部触发（如编码器信号）比软件触发延迟更低。

7、像素格式

选择低比特深度：如从12bit切换为8bit，带宽需求减少33%。

二、数据传输优化

（1）协议与驱动

启用零拷贝（Zero-Copy）：避免内存复制（如使用SDK的Direct Memory Access）。

禁用CPU节能模式：防止因降频导致的数据吞吐下降。

（2）多线程处理

生产者-消费者模型：单独线程负责采集，另一线程处理图像。

（3）数据压缩

无损压缩：如PNG（适合纹理简单的图像）。

有损压缩：JPEG（需权衡画质）。

三、特殊技术

（1）部分扫描（Partial Scan）

仅读取传感器有效区域（如线阵相机仅激活部分行）。

（2）FPGA预处理

在相机端完成ROI提取或二值化，减少传输数据量。

（3）PTP同步

纳秒级同步多台相机（如用于3D立体视觉）。

通过以上方法，工业相机的输出速度可显著提升，关键是根据实际需求（如分辨率、精度、延迟）平衡各项参数。