一、发展背景与定位

传统 Camera Link 基于并行数据传输架构，虽在早期满足了中高速成像需求（最高带宽约 850Mbps），但随着高分辨率（如 1200 万像素及以上）、高帧率（如每秒数百帧）相机的普及，并行接口的带宽限制、布线复杂度（需多根电缆）、抗干扰能力弱等问题逐渐凸显。

为应对这一挑战，AIA 于 2011 年发布 Camera Link HS 1.0 标准，核心定位是：以串行传输架构替代并行架构，在保持工业级可靠性的同时，实现更高带宽、更长传输距离和更简化的布线。后续版本（如 2014 年的 1.1 版）进一步优化了协议兼容性和功能扩展。

二、核心技术特性

1. 物理层：串行传输与介质选择

Camera Link HS 采用 全双工串行差分传输 技术，基于标准的 SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus）光模块或电模块，支持两种物理介质：光纤介质：核心优势是长距离传输和强抗干扰能力，支持单模光纤（传输距离可达 10km 以上）、多模光纤（典型距离 100-300m），适合工业现场中相机与主机距离较远（如大型生产线、户外检测场景）的需求。

铜缆介质：主要为 SFP+ 铜缆（如 Twinax 双轴电缆），传输距离较短（典型 1-10m），但成本更低、部署更灵活，适合相机与采集卡距离较近的紧凑场景（如机器视觉系统集成柜内）。

此外，其连接器遵循 SFP+ 行业标准，通用性强，可根据场景灵活更换光 / 电模块，无需重新设计硬件。

2. 数据传输能力：高带宽与可扩展性

Camera Link HS 的带宽设计采用 “通道聚合” 架构，单条链路（1 个 SFP+ 模块）的基础带宽为 3.125Gbps，通过多通道并行扩展可实现更高总带宽，具体规格如下：

注：实际可用带宽略低于理论值（需扣除协议开销），但仍能满足主流高分辨率相机的实时传输需求（例如，1200 万像素、200fps 的相机，单帧数据量约 48MB，每秒数据量约 9.6GB，CLHS-4 的 12.5Gbps 带宽可轻松覆盖）。

3. 功能集成：控制、触发与同步

Camera Link HS 并非仅用于数据传输，而是集成了 数据、控制、触发、同步 四大功能，实现 “一根链路搞定全场景”：

数据传输：核心功能，传输相机采集的图像原始数据（如 RAW 格式、Bayer 格式），无压缩（保证图像质量）或支持可选压缩（如 JPEG 2000，需设备支持）。

控制信号：通过反向通道（与数据通道独立的全双工链路）传输主机对相机的控制指令，如参数配置（曝光时间、增益、分辨率调整）、固件更新等，速率最高可达 100Mbps。

触发信号：支持高精度硬件触发和软件触发，触发延迟低至纳秒级（<10ns），且支持多相机同步（通过外部同步信号或链路内同步机制），满足工业检测中 “多相机协同拍摄” 的需求（如 360° 产品外观检测）。

电源（可选）：部分 CLHS 设备支持通过辅助线缆提供 PoE（Power over Ethernet）或专用电源（如 12V/24V），减少相机端布线数量，简化系统集成。

4. 工业级可靠性

作为面向工业场景的协议，Camera Link HS 在稳定性和抗干扰性上做了多重优化：

EMI/EMC 合规：差分传输架构本身具有强抗电磁干扰能力，且设备需通过工业级电磁兼容性测试（如 EN 55022、EN 61000-6-2），适合工厂车间等电磁环境复杂的场景。

错误检测与重传：协议内置 CRC（循环冗余校验）机制，可实时检测数据传输错误；对于关键控制信号，支持自动重传，避免因传输错误导致的设备异常。

热插拔支持：SFP+ 模块支持热插拔，更换模块或相机时无需关闭整个系统，提高设备维护效率（需注意：热插拔需在设备支持的操作规范内进行，避免瞬时电流损坏模块）。

三、协议架构与兼容性

1. 协议分层

Camera Link HS 遵循分层架构设计，从下到上分为 物理层、数据链路层、应用层，各层职责清晰：

物理层：负责信号的电 / 光转换、传输介质适配（光纤 / 铜缆）、时钟同步（采用 8B/10B 编码，保证时钟与数据同步传输，避免时钟漂移）。

数据链路层：负责数据帧封装 / 解封装、错误检测（CRC）、流量控制（避免主机接收缓冲区溢出）、链路建立与维护（如链路协商、故障恢复）。

应用层：定义图像数据格式（如与传统 Camera Link 兼容的 “Base”“Medium”“Full” 模式）、控制指令集（如相机参数配置、触发控制），并支持 GenICam 标准（机器视觉设备通用控制协议），实现 “一次开发，多设备兼容”。

2. 与传统 Camera Link 的兼容性

为降低用户升级成本，Camera Link HS 设计了与传统 Camera Link 的兼容机制：

软件兼容：通过 GenICam 驱动，支持传统 Camera Link 相机的控制逻辑（如参数配置、图像采集流程），用户无需重新开发软件即可适配 CLHS 相机。

硬件过渡：部分厂商提供 “Camera Link 转 CLHS” 的转接模块，可将传统并行 Camera Link 相机的信号转换为 CLHS 串行信号，实现与 CLHS 采集卡的对接，帮助用户逐步升级系统。

四、典型应用领域

Camera Link HS 凭借高带宽、长距离、高可靠性的特点，主要应用于 对图像分辨率和帧率要求极高的专业成像场景，核心领域包括：

机器视觉与工业检测：

• 高分辨率产品外观检测（如半导体晶圆缺陷检测、显示屏像素级检测，需 1200 万像素以上相机）；

• 高速线扫描检测（如印刷品质量检测、金属带材表面缺陷检测，需线阵相机帧率达 100kHz 以上）。

科学成像与医疗影像：

• 高速荧光成像（如生命科学领域的细胞动态观测，需每秒数百帧的高分辨率图像）；

• 医疗诊断设备（如牙科 CBCT、眼科 OCT 成像，需高带宽传输 3D 图像数据）。

交通与安防监控：

• 高速路口车牌识别（需高帧率相机捕捉快速移动的车辆）；

• 远距离安防监控（如机场、港口的大范围监控，需光纤传输实现长距离图像回传）。

国防与航空航天：

• 无人机侦察成像（需轻量级、高带宽的图像传输链路，且抗电磁干扰）；

• 靶场测试高速成像（需捕捉高速运动目标的细节，如导弹飞行轨迹、爆炸过程）。

五、发展背景与定位与同类高速协议的对比（vs CoaXPress GigE Vision)

在机器视觉高速接口领域，Camera Link HS 常与 CoaXPress（CXP）、GigE Vision 竞争，三者各有优势，适用场景不同，具体对比如下：

六、总结

Camera Link HS 是为 高速、高分辨率、长距离工业成像场景 量身定制的接口协议，其核心价值在于：以串行传输突破传统并行接口的带宽瓶颈，以光纤介质实现长距离抗干扰传输，同时通过兼容 GenICam 和传统 Camera Link 降低用户升级成本。

尽管在 “单缆供电”（弱于 CoaXPress）和 “布线成本”（弱于 GigE Vision）上并非最优，但在 “长距离 + 高带宽” 的复合需求场景中，Camera Link HS 仍具有不可替代的优势，是高端机器视觉、科学成像、国防等领域的重要技术选择。