白皮书：10GigE 和 25GigE 相机在运动技术应用中的优势
引言
体育技术在很大程度上是由商业驱动的。 一个未接电话很容易造成数百万美元的损失。 大多数所有者和团队成员都希望成为“呼叫”的获胜方，但大多数人都接受技术作为确定特定比赛结果的最公正和公平的方法。 然而，娱乐也是一个重要的驱动因素和早期影响。
一个简短的历史
许多人认为体育领域的第一项主要技术是在赛车应用中使用光洁度。 赛马在 1930 年代首次使用基于胶卷的条形相机用于此类目的，并且稳定地应用于其他赛车运动。
后来，在 1960 年代棒球比赛中使用雷达跟踪球速。 同样的技术后来被用于跟踪网球发球速度。 这些应用程序更多地是为了娱乐价值而驱动的。
在 1980 年代，一种名为 Cyclops 的基于光束的计算机系统首次在网球比赛中用作电子线裁判，即使是约翰·麦肯罗 (John McEnroe) 这样的人也没有理由对此提出异议。 直到 21 世纪初，数码摄像机才在这些努力中发挥作用，这是一个重大的游戏规则改变者，为体育及其娱乐领域的所有领域打开了许多大门。
该领域的先驱们使用多个紧密同步的相机，使用三角测量方法以虚拟方式重建全 3D 场景。 这后来形成了虚拟现实、混合现实和增强现实等体积捕获应用程序的基础——运动和此类应用程序之间的界限似乎变得相当模糊。 有了这样的 3D 内容，可以想象的东西就很少了，几乎没有争议的理由。
除了自动裁判外，性能分析已成为此类技术的主要应用。 比赛期间和训练期间的球员跟踪极大地增强了场上的产品。 在棒球练习期间，投手、击球手和球的运动可以在 3D 中完全捕捉并进行大量分析以确定场上成功的工作公式，甚至可以精确到微秒级检测 90 英里/小时变化时的旋转。 跟踪位置、球员速度、射门速度等场上表现现在都是比赛的标准部分。
最后，正如我们在一些 NBA 和 NFL 广播中看到的那样，一些人正在将相同的技术应用于纯粹的娱乐目的，例如允许用户完全围绕场上的物体旋转以获得半虚拟现实体验。 这是非常相同的技术，以下段落说明了为什么 Emergent Vision Technologies Inc 是此类领域的市场领导者。
挑战
在很大程度上，挑战归结为准确的 3D 内容的生成。 他们可能需要在来自多个相机源的图像捕获之间进行紧密的微秒定时同步，以实现最佳精度。 他们可能需要在各种照明条件下都具有出色的图像质量。 某些应用程序必须具有高分辨率的图像，同时仍保持适当的帧速率。 他们可以拥有跨越包括体育场在内的大片区域的摄像机设置，因此最简单的选项是系统安装和维护的首选。 他们可能需要更多的相机来完成一个系统以获得最佳精度。 最后，与大多数应用一样，成本可能是一个重要因素。
10GIGE 和 25GIGE 相机如何解决这些问题
定时同步
Emergent 10GigE 和 25GigE 相机提供了一些选项来严格控制相机之间的时间同步。 Emergent 在使用各种方法（包括 PTP、硬件触发等）同步相机方面拥有丰富的经验，并且能够以最小的努力证明微秒级精度。
图像质量
Emergent 相机只使用 Sony、Gpixel 和 AMS 等顶级供应商的最佳传感器，我们努力从这些传感器中榨取每一盎司的性能，从而改善动态范围，这对于系统经常需要的运动应用很重要以应对不同的照明条件。
广泛的分辨率和帧速率
索尼传感器目前的范围从 0.5MP @ 1595fps 到高达 31MP @ 35fps，而且它们经常推出更高分辨率和更高帧率的传感器。 Gpixel 传感器目前的范围从 5MP @ 290fps 到 65MP @ 71fps，并且还在不断增加。 AMS 具有 50MP @ 30fps。
Sony IMX253 (12MP @ 80fps) 和 Sony IMX255 (9MP @ 110fps) 目前是最流行的运动应用，但更高分辨率的传感器如 Sony IMX342 (31MP @ 35fps)、Gpixel GMAX0505 (25MP @ 75fps) 和 AMS CMV50000 (50MP @ 30fps) 现在越来越受欢迎。
Emergent 刚刚还发布了六款采用索尼第四代传感器的新相机型号，范围从 4MP 到 5MP，帧速率分别从 25fps 到 269fps。 关联的传感器有：IMX98、IMX530、IMX531、IMX532、IMX535、IMX536。 为了获得最高速度，这些传感器采用了 537GHz 的最高速度 SLVS-EC，Emergent 是第一个在全面支持这些突破性传感器的情况下推向市场的公司。
而且，自然地，更高的帧速率和分辨率需要更高带宽的接口来维持这种性能以实现无限的记录时间，而 Emergent 也提供屡获殊荣的前沿 10GigE 和 25GigE 相机接口支持。
SMPTE ST 2110 合规性
广播应用正在转向基于以太网的技术，以取代老化、有限且成本效益较低的 SDI 技术。 符合 SMPTE ST 2110 标准是将摄像机放入新的或现有基础设施的额外好处。
10GigE 和 25GigE 与其他高速接口的比较
Emergent 10GigE 和 25GigE 相机与 CSPI Myricom 的 MVA 或 Mellanox 的 VMA/Rivermax 相结合，在每个技术类别中均等同于或优于其他接口，并且其性价比是最好的。 使用 VMA/Rivermax 或 MVA，所有与 1GigE 相关的 CPU 利用率、延迟和抖动相关的缺点都被消除了。 行业认可度也很高。
布线选项
在这里，最接近的竞争对手是 CXP。 低成本商品 SFP+ 和 SFP28 收发器可创建几乎无限的链路长度。 相比之下，CXP6 和 CXP12 将分别达到 72m 和 30m，但可以通过昂贵的光纤适配器走得更远。 区分 SFP+/SFP28 收发器和 CXP 或 CameraLink 光纤适配器很重要。 收发器是低成本的商品，可直接插入相机和 NIC，而光纤适配器是昂贵而笨重的外部硬件（通常与相机本身大小相同甚至更大），由极少数供应商生产，它们介于两者之间相机 CXP 或 CameraLink 电缆和光纤链路，有趣的是，它们使用 Emergent 直接在相机中使用的相同 SFP+ 收发器。 而且，自然地，您在链路的每一端都需要一个光纤适配器，因为采集器通常具有与相机相同的接口。
线扫描相机应用
正如在介绍中所讨论的，基于胶片的带状相机历来被用于照片终点赛车应用。 现代等效相机通常是线扫描相机，例如 Emergent 的 LR-8KG 和 LB-8KG。 相机以垂直方向放置，并精确且连续地扫描终点线。 移动的物体在越过终点线时被扫描，场景的静态方面保持不变。
网络交换机
网络交换机在某些人认为的稳健安装中发挥着更大的作用，并且由于跨行业使用，多相机设置中此类设备的成本被认为很低并且正在下降。 使用开关的主要原因有以下三个：
PTP分配
在这里，可以轻松地将一个高精度 PTP 主时钟分配给通过交换机连接的所有设备。
相机/设备复用
像 HR-10-SC 这样的 10 个 12000GigE 摄像头可以多路复用到单个 100GigE 链路上，返回到装有单端口 100GigE NIC 的服务器。 这对于某些使用服务器的系统来说是必需的，这些服务器具有用于容纳 NIC 的有限 PCIe 插槽。 考虑到在每台 PC 10 个摄像头的应用程序中，这将需要 5 个双端口 10GigE NIC，这会增加服务器成本，因为插槽数量增加，此外 5 个双 10G NIC 与 1 个单 100G NIC 的成本增加。 请注意，Emergent 的 100G NIC 也将具有与上述同类产品相同的性能优势。
冗余
考虑到多路复用点，考虑如果具有 100G NIC 的单个服务器变得不可用，那么快速切换到类似的冗余服务器将允许几乎为零的停机时间。 还要考虑使用更少的高速链路（如 0x 1G 与 100x 10G）执行冗余需要更少的交换机端口。
成本效益
这通常归根结底，我们邀请客户从我们的竞争对手那里获得完整的系统报价，并绝对确保执行技术尽职调查，然后在承诺任何解决方案之前比较所有结果。 这对于推销其昂贵的 CXP 产品的竞争对手以及提供 10GigE 或其他基于以太网的摄像头的竞争对手来说同样重要，因为这不仅与技术有关，还与实施和支持的质量有关。 值得注意的是，大多数（如果不是全部）10GigE 竞争技术都存在性能问题，限制每台 PC 的摄像头数量，这对成本有重大影响。
总之，在获取比较报价时，请确保至少将 10GigE 与 CXP6 x1/x2 或 CXP12 x1 进行比较，并将 25GigE 与 CXP6 x4 或 CXP12 x2 进行比较。
此外，与我们的 NIC 相比，您应该了解图像采集卡中每个 PCIe 插槽有多少个相机通道。 我们提供 2 个 25GigE 端口卡，相当于 CXP6 x8 卡或 CXP12 x4，假设 CXP 卡具有独立的相机通道支持。 另请注意，如上所述，我们提供对单个 100G NIC 的支持，它可以用多路复用开关替换 5 个双端口 10G 卡，以提高大通道密度。
最后，了解您的布线选项，尤其是电缆长度限制，因为如果需要 CXP 光纤转换器，这些可能会显着增加成本。
在我的运动应用中使用 10GigE 和 25GigE 相机的总体优势是什么
- 超高数据/帧速率
- 许多附件和布线选项可覆盖任何长度
- 摄像机网络支持和精确的多摄像机同步方法，包括 PTP 支持
- 组播视频技术
- 使用 Myricom 的 MVA 和 Mellanox 的 VMA 实现低 CPU 开销、低延迟、低抖动
- 每台 PC 性能的最高摄像头数量
- 极具竞争力的成本/性能
- 由于 IEEE 和 AIA 标准化而获得行业认可
相机推荐
Emergent Vision Technologies 有多种相机选项可满足您的运动应用需求，但以下是这些应用的主力：
HR-8000-S 10GigE 相机
8MP @ 110fps，带收发器的 SFP+ 电缆，Sony IMX255 Gen2 传感器。
HR-12000-S 10GigE 相机
12MP @ 80fps，带收发器的 SFP+ 电缆，Sony IMX253 Gen2 传感器。
HB-7000-S 25GigE 相机
7MP @ 210fps，带收发器的 SFP28 布线，Sony IMX420 Gen3 传感器。
HB-25000-G 25GigE 相机
25MP @ 75fps，带收发器的 SFP28 布线，GPixel GMAX0505 传感器。
HB-30000-S 25GigE 相机
30MP @ 35fps，带收发器的 SFP28 布线，Sony IMX342 Gen3 传感器。
HB-50000 25GigE 相机
50MP @ 30fps，带收发器的 SFP28 布线，AMS CMV50000 传感器。
此外，以下最近发布的相机型号有望为所有运动应用提供出色的性能：
HB-5000-SB 25GigE 相机
5.1MP @ 269fps，带收发器的 SFP28 布线，Sony Pregius S IMX537 Gen4 传感器。
HB-25000-SB 25GigE 相机
24.47MP @75fps，带收发器的 SFP28 布线，Sony Pregius S IMX530 Gen4 传感器。
LR-8KG 10GigE 线扫描相机
水平 8192 像素，单线 - 137KHz- 8K，三线 - 45KHz- 8K，带收发器的 SFP+ 布线，Gpixel GL0816 传感器
LB-8KG 25GigE 线扫描相机
水平 8192 像素，单线 - 200KHz- 8K，三线 - 66KHz- 8K，带收发器的 SFP28 布线，Gpixel GL0816 传感器
关于Emergent Vision Technologies
Emergent Vision Technologies 于 2007 年在加拿大温哥华成立。 我们是一家屡获殊荣的公司，其成就包括：
- 2010 年：第一家推出 10GigE 相机产品的相机公司
- 2018 年：第一家推出 25GigE 相机产品的相机公司
- 2018年：第一家推出10GigE和25GigE线阵相机产品线的相机公司。
我们汇集了生命科学、安全和机器视觉/工业市场 40 多年的成像经验。 我们继续走在新传感器和相机技术的最前沿，以帮助满足客户的应用需求。
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