千兆網(GigE)是目前工業數字相機中發展最快的接口，同時也是可普遍應用的數字接口，幾乎可全面取代模擬設備的相機接口。

千兆網在寬帶、線材長度、多相機功能方面有較大的技術靈活性，是傳輸速率高達120MB / 秒、長度為100米線材的最佳選擇。此外，其簡化了多相機系統的設置。

千兆網（GigE） 相機可以使用以太網實現供電 (PoE)，即 通過數據線獲取電力。而系統裝置為了這一工作需要合適的千兆網線材方可實現。此外，還需要安裝特殊的 PC 擴展卡或在 PC 和相機之間設置特殊的交換機、集線器或 PoE 供電模塊。PoE 的設置省去了單獨的電源和線材，從而簡化了安裝，因此特別適合空間有限的應用。利用一根線材實現供電和數據傳輸同時也減少了所需購買和安裝的部件，從而節 省了成本。

GigE Vision標準

GigE Vision標準的實施，使得通過軟件集成所有圖像處理程序變得尤為簡單，即：無需更改應用軟件便可替換GigE Vision標準兼容的相機。因此，客戶可準確預估和有效規劃后期維護成本。

GigE Vision2.0標準版

GigE Vision標準的最新版本擴展了GigE接口的可能性。借助于GigE Vision 2.0，多相機系統能夠更精確地同步和/或實時運行。2.0版本的GigE Vision標準的一個重要組成部分就是精確時間協議（Precision Time Protocol，PTP）。PTP規范系統中組件所使用的路徑（精確至納秒），從而同步它們的時間設置。該GigE Vision2.0標準是向下兼容的，也就是說，運行GigE Vision2.0的相機亦可使用為GigE Vision 1.2設計的軟件和硬件。

GigE Vision 2.0主要組件包括：

1）通過PTP（精確時間協議，IEEE 1588）為所有網絡組件提供高精度，可共享的時間源；

2）相機同步自由運行；

3）使用動作命令或計劃動作命令通過以太網觸發，無需增加I/O線材。

GigE Vision是由AIA制定的通信協議，用來實現在機器視覺領域利用千兆以太網接口進行圖像的高速傳輸。該標準是基于UDP協議，與普通網絡數據包不同之處在于應用層協議，應用層協議采用GVCP（GigE Vision控制協議）和GVSP（GigE Vision流傳輸協議），分別用來對相機進行配置和數據流的傳輸。圖像采集系統軟件的實現就是基于這兩種協議。下圖所示為TIP/IP協議和GigE Vision協議的對比：

GigE Vision定義了主機如何發現、控制千兆以太網相機以及從一個或多個GigE相機采集圖像。GigE Vision標準充分利用千兆以太網的幾個特征：

（1）采用5類雙絞線，成本低，無需集線器就可以傳輸一百米，傳輸帶寬高達125MByte/s

（2）網絡化：組建一個網絡，可以從多個相機采集圖像，所有相機共享同一個帶寬；

（3）支持巨幀模式：GigE Vision相機幾乎都支持巨幀模式，運行數據包大小為9014個字節，傳輸大容量數據包效率高；

當一個GigE Vision設備上電后，它會嘗試按照下面的順序獲得IP地址：

（1）固定IP，如果分配了固定IP，將會采用該IP地址；

（2） DHCP服務器，如果沒有被分配IP地址，它將在網絡上搜索DHCP服務器，并請求分配IP地址；

（3）如果上述兩種方法都失敗，它將自動假設一個169.254.x.x的IP地址，然后查詢網絡中該IP地址是否被占用，如果沒有，則使用該IP，否則，重復該過程，直到找到一個沒有被占用的IP地址；

由于相機可能在任何時候加入到網絡中，所以驅動器必須有一些方法來搜索新的相機。為了實現該功能，驅動器會周期性地向網絡中廣播一個搜索消息包，每個兼容GigeVision的相機在收到該消息后都用自己的IP地址進行應答。下面的算法描述了設備搜索過程：

（1）主機應用程序以廣播的方式向網絡中發送搜索消息幀，該消息幀中包含主機的MAC地址和IP地址；

（2） 網絡中的所有GigE設備一直在GVCP端口偵聽網絡狀態，當發現有搜索消息幀在網絡中傳輸時就會接收該廣播幀。對消息幀進行解包分析后，會將自身相關的配置信息填充到搜索應答器中，這些消息包含GigE設備型號、制造商、IP地址，MAC地址等，最后以單播的方式向主機發送搜索消息應答幀；

（3）主機應用程序接收到該應答幀，根據需要進行相應的處理，即完成了一次網絡GigE設備的搜索過程，相機搜索過程如下圖所示：

GVCP協議:

GVCP允許應用程序配置和控制GigE相機，應用程序使用UDP協議發送命令，并等待設備響應，然后發送下一命令，該機制彌補了UDP協議的面向無連接缺點，保證了數據傳輸的完整性和可靠性。

GVSP協議：

該協議定義了GVSP發射機如何發送圖像數據、圖像狀態等信息到GVSP接收機，GVSP數據包總是在GVSP發射機和接收機之間傳輸。GVSP通過GVCP對數據包的傳輸提供了一種可靠性機制。

審核編輯：郭婷