从 10GibE 到 200GibE：无需重建系统即可扩展工业愿景

这篇文章最初发表于 inspect – World of Vision.

工业视觉系统需要在越来越短的时间内处理越来越多的信息。生产线速度越来越快，传感器分辨率和帧速率越来越高，人工智能和深度学习方法也越来越多地被用于在生产过程中直接检测缺陷和评估工艺行为。

Emergent Vision Technologies 已为此所需的数据传输技术投入了超过 16 年的时间。2010 年，该公司推出了首款 10GigE 工业相机，随后在 2018 年推出了首款 25GigE 相机，并在 2020 年推出了首款 100GigE 相机。在 VISION 2026 大会上，这一技术进步将通过 HYPERION 面阵扫描平台和 STRATOS 线阵扫描平台扩展到 200GigE。

这些发展不仅仅代表接口速度的不断提升。其背后是多年来构建系统的经验积累，这些系统必须可靠地采集、传输和处理大型图像流——尤其是在多台摄像机并行运行时。如今的 10GigE、25GigE、100GigE 和 200GigE 平台均基于通用的 GigE Vision 架构。这使得性能能够扩展，而无需为每个带宽等级引入截然不同的摄像机和网络技术。

用于高速千兆以太网视觉的两条数据路径

高效传输大量图像数据有多种合适的方法。

Emergent 继续支持其自主开发的零拷贝 GigE Vision Streaming Protocol (GVSP) 协议，该协议经过多年开发和优化，专为高速 GigE 系统而设计。同时，现有系统支持采用 RDMA/RoCEv2 的 GigE Vision 3.0。

这两种方法都旨在减少不必要的 CPU 负载和内存操作。它们还允许系统开发人员选择最适合特定架构的数据路径。操作系统、网络技术、摄像头数量、现有基础设施和所需的处理链都会产生不同的需求。一个成熟的 GVSP 系统可能与从一开始就围绕 RDMA 设计的新系统有着不同的约束。Emergent 支持这两种方法，并可以推荐哪种数据路径更适合特定的系统架构。

NVIDIA GPUDirect 提供了另一种选择，它允许将图像数据直接传输到 GPU 内存中进行处理。Emergent 在 Windows 和 Linux 系统上均支持 GPUDirect，包括其自家的网卡。这在 GPU 上进行 AI、图像处理或重建等操作时尤为重要，因为通过主机内存进行的额外数据传输会消耗带宽和 CPU 资源。

新型 200GigE 相机展现了数据传输需求的日益增长。搭载 Gpixel GSPRINT4521 芯片的 HYPERION AH-21000-G 可提供 21 万像素分辨率，帧率高达 1,000 fps。STRATOS 将 200GigE 应用于线扫描成像：LST-16KG5 提供 16K 分辨率、256 级 TDI 和高达 1 MHz 的线扫描速率。

对于工业检测和研发而言，当流程速度加快但仍需保留较小的图像细节时，这种空间和时间分辨率的结合就显得尤为重要——例如在电子和半导体检测、表面分析、材料测试或快速机械过程的研究中。

将带宽与检查任务相匹配

速度最快的接口并不一定适合每台机器。

对于紧凑型检测系统，10GigE 可能就足够了。在更高的处理速度或使用更大尺寸的传感器时，25GigE、100GigE 或 200GigE 可能更合适。由于这些相机运行在同一 GigE Vision 生态系统中，因此无需切换到完全不同的传输技术即可提高性能。

这一点在线扫描摄像机上尤为明显。紧凑型 EROS LE-4KG35 可通过 10GigE 提供 4K 线扫描成像。在 25GigE 带宽下，ACCEL LB-8KG7 可提供高达 240 kHz 的 8K 单色或彩色成像。在 100GigE 带宽范围内，PINNACLE 系列可实现高达 400 kHz 的 16K 分辨率；LZT-8KG5 可实现高达 400 kHz 的分辨率。 1 MHz，8K 采用TDI技术。STRATOS将这一发展阶段扩展至200GigE。

这样一来，接口性能就能与线速度、分辨率和检测宽度相匹配。因此，卷材、电子产品、晶圆、印刷品和其他连续运动的材料可以根据实际吞吐量需求进行设计，而不是局限于单一的接口类型。

同样的原理也适用于面阵扫描相机。采用索尼 Pregius S 全局快门传感器的全新 BOLT 25GigE 和 ZENITH 100GigE 型号涵盖了广泛的性能范围：从高达 105 MP、113 fps 的超高分辨率，到分辨率约为 12 MP、帧率超过 800 fps 的型号。对于大面积检测或测量任务，分辨率可能是首要考虑因素，而分拣和快速过程监控则可能更受益于高帧率。

减少人工智能相关的编程工作量

人工智能和深度学习可以扩展工业检测的能力。然而，仅仅训练一个模型并不能构成一个可用于生产的视觉系统。还需要控制摄像头、管理缓冲区、将图像数据分发到相应的计算资源、协调GPU，并将结果返回给应用程序。

Emergent eSDK Pro 旨在减少这种集成工作量。 柔性过程 允许创建图像处理管道，其中处理任务可以分配给可用的 CPU 和 GPU 资源。 柔性传输 它负责管理图像数据在这些处理资源之间的传输，包括跨多个GPU和服务器的传输。这两个组件共同提供了一个可配置的框架，用于采集、处理和数据传输，而无需用户从头开始编写整个底层数据路径。

在此流程中可以使用零拷贝传输和 NVIDIA GPUDirect 等技术来减少不必要的内存操作和 CPU 负载。

在 VISION 2026 大会上，一套系统以具体的方式展示了这种方法。该系统由八台 BOLT HB-25000-SB 25GigE 摄像头组成，每台摄像头可提供 24.5 万像素、最高 105 帧/秒的拍摄分辨率，并通过 25GigE 和 Emergent 网卡连接到两台服务器。每台服务器配备两块 NVIDIA RTX 6000 Ada Generation GPU，总共四块 GPU。

eSDK Pro 使用 FlexProc 将分割和跟踪任务分配到各个计算资源上。FlexTrans 管理图像数据在处理流程中以及各个系统资源之间的传输。零拷贝传输和 GPUDirect 减少了图像传输到 GPU 内存进行处理时不必要的数据传输。

实际目标是减少客户需要开发的底层代码量。制造工程师或视觉工程师不应该把项目的大部分时间都花在实现缓冲区管理、将摄像头分配给GPU或处理服务器之间的数据传输上。

与其花费时间进行开发，不如将开发时间用于检验任务中工程师领域知识最为重要的部分：哪些偏差才是真正的缺陷？哪些产品差异是可以接受的？生产线上的哪些行为表明存在工艺问题？

eSDK Pro 既不会取代 AI 模型，也不会取代相关的流程专业知识。相反，该软件旨在简化数据采集和处理基础设施，以便将更多开发精力投入到模型的训练和验证中。

PCB检测系统以较小的规模展示了相同的方法。四台EROS 10GigE摄像头用于检测印刷电路板。异常检测模型识别出有缺陷的PCB，而另一个软件组件则控制激光器标记受影响的电路板。

在一项制药演示中，两台 BOLT 25GigE 摄像头实时检测泡罩包装。异常检测模型识别缺失或错误的药片并显示结果。 模型置信度得分 针对相应的检验结果。

压缩图像何时适合检查

图像数据量的增加并非一定要依靠更高的网络带宽来应对。在某些应用中，减少源数据量反而更为有效。AEOLUS 相机将与同等 25GigE 相机相当的传感器性能与集成的 H.265 压缩技术相结合。

搭载索尼 IMX535 传感器的 AA-12000-SB-H 可实现 12.4 万像素、最高 187 fps 的帧率，而搭载索尼 IMX530 传感器的 AA-25000-SB-H 可实现 25 万像素、最高 105 fps 的帧率。压缩过程在相机内部直接进行，之后数据流才会传输到主机。

对于检测任务，如果编码后相关特征仍清晰可见，则压缩图像可能适用。例如，在场/缺席检查、物体分类、许多异常检测任务、过程监控或需要长时间录制的应用。

关键在于，检测算法或AI模型应使用与后续生产环境相同的压缩设置进行验证。压缩会改变精细纹理、低对比度细节和单个像素值。因此，其对检测结果的影响应针对具体应用进行评估，而不是想当然地认为其影响不变。

在需要精确像素值、检测非常细微或低对比度缺陷、涉及精密测量，或需要保留原始图像数据以进行追溯或后续重新分析的情况下，未压缩采集仍然是首选方案。因此，在系统设计过程中应考虑压缩比、延迟、图像质量、模型灵敏度和存档要求。

因此，AEOLUS 是对高带宽平台的补充，而非替代。HYPERION 和 STRATOS 适用于需要传输大量原始图像数据的应用场景。AEOLUS 则面向那些减少数据量才是更高效系统解决方案的任务。

随着带宽的增加，经验变得更加重要

自 Emergent 公司 16 年前推出首款 10GigE 工业相机以来，可用接口带宽已经增长了 20 倍。然而，更艰巨的任务本质上仍然没有改变：如何使相机、网卡、内存架构、GPU 和软件可靠地协同工作。

目前，该经验包括 Emergent 自己的零拷贝 GVSP 实现和 GigE Vision 3.0（带 RDMA/RoCEv2）、Windows 和 Linux 上的 GPUDirect、多代 Emergent 网络接口卡，以及用于在多个 GPU 和服务器上分发采集和处理的软件。

对于工业检测和研发而言，这意味着可以根据实际应用选择 10GigE、25GigE、100GigE 或 200GigE，同时保持通用的 GigE Vision 架构和可扩展的数据路径。

Emergent Vision Technologies 将在以下场合演示这些系统： VISION 2026，10月6日至8日，斯图加特，8号展厅，C36展位. 查看我们的节目安排.