無論是獨立的系統還是與基於PC的系統，高速相機正越來越多地用於處理工業和科學測量以及故障排除應用。
今天的CMOS相機已經對高速進行了重新定義。過去，運行速度在25fps（PAL）或30fps（NTSC）的管式相機（tube-based cameras），在廣播行業中廣泛應用。當管式傳感器（tube-based sensors）先後被CCD和CMOS成像器取代後，相機設計者使用CMOS成像器的多抽頭輸出，來提高相機的幀率。這促使了大量相機產品的推出，這些相機大多使用CMOS成像器，能夠實現250~200000fps的幀率範圍。
在這種廣泛的曝光範圍內，對於任何給定的應用，選擇哪種相機也是高度依賴於具體應用的。
例如，工業領域的低成本工廠自動化監控系統的開發人員，根據他們的生產線速度情況，可能只需要250~1000fps的幀率。在這種系統中，通常需要同時監控產品的質量和參數，以及要求機制的完整性，以便於沿生產線傳輸產品。這兩種應用都可以通過“以不同類型的接口與主機相連的、相對低成本的成像器”來解決。
由於高速相機的應用範圍越來越廣泛，從過程監控到產品分析、再到汽車和彈道測試等，對於一項特定的應用，在確定哪種相機最合適之前，必須要認真考慮諸多不同的因素。與任何機器視覺應用一樣，高速相機中使用的成像器的分辨率，將決定其捕獲到的圖像能夠顯示多少細節。
許多商用的高速相機使用分辨率在VGA級別（640×480）到2500萬像素之間的CMOS圖像傳感器，圖像傳感器的像素陣列具有不同的光學格式（需要配備不同的鏡頭），像素大小大約在3~20µm之間。雖然圖像中能夠分辨出的細節程度，取決於成像器的像素大小和所用鏡頭的質量，但是系統集成商還必須要考慮高速拍攝圖像時所需要的曝光量。
在這裡，相機如果使用更大像素尺寸的成像器，那麼在任何給定的曝光時間內，都可以比同等尺寸的更小像素的成像器捕獲更多的光子。因此，較小的像素不會收集到那麼多的光，並且可能在一些幀率要求極高的應用中或是需要在低光條件下捕獲圖像的應用中，失去作用。因此，正確的照明量和照明類型，在確定任何高速機器視覺系統或高速應用中，都發揮著重要作用。
圖1：現在，Active Silicon（上圖）、Euresys（中圖）和Matrox（下圖）都可以提供Quad CxP-12圖像採集卡。Euresys的圖像採集卡支持的相機到主機的距離分別為：30m@CXP-12（12.5Gbps）、72m@CXP-6（6.25Gbps）和100m@CXP-3（3Gbps）。
獨立相機還是基於PC的相機？
同樣重要的是，是否低成本的依賴於主機的相機能用於此類應用。在汽車測試等更加高速的應用中，可能需要以每秒數百萬幀的速率捕獲圖像。在這些情況下，即使是使用目前最快的商用接口（如100GigE或CoaXPress），此類相機也可能無法將捕獲到的圖像傳輸到主機上。相反，圖像序列必須使用相機自身的高速板載存儲器存儲，並且在捕獲事件後，再將存儲的圖像從相機傳輸到主機PC進行圖像分析。
為了達到這樣的高速，iX Cameras、nac Image Technology、Photron和Vision Research等相機供應商，都能提供獨立相機，這些相機採用高速CMOS成像器以及板載存儲器和固態驅動器用於存儲圖像數據。一旦完成圖像捕獲，這些數據就可以通過標準接口（如10Gbit以太網接口、HDMI或SDI）傳輸到主機（見表1）。
表1：iX Cameras、nac Image Technology、Photron和Vision Research等公司，能提供集成高速CMOS成像器、板載存儲器和固態驅動器的獨立相機，以方便存儲圖像數據。
為了支持這些高速相機產品，這些公司提供軟件包，用於對捕獲的圖像進行校準、跟蹤和後期處理。例如，iX Cameras公司的相機可以與Xcitex公司的高速運動分析軟件ProAnalyst一起使用，用於對高速捕獲的事件進行分析、繪製，並輸出速度、加速度和角向運動。
nac Image Technology公司為支持其相機提供了Cortex 3D運動捕獲軟件；Photron公司的FASTCAM Viewer軟件（PFV），可用於圖像增強和簡單的運動分析；Vision Research公司的Phantom Camera Control（PCC）軟件，允許執行運動分析的基本測量功能。
在這三種產品中，高達288GB的板載存儲器可用於延長圖像記錄時間，而板載的固態太字節（TB）驅動器可用於存儲數據，直到需要將數據通過標準計算機接口傳輸到主機做進一步的分析。與許多其他高速相機一樣，使用CMOS成像器件可以將感興趣區域（ROI）窗口化，從而提高圖像捕獲的速度和捕獲圖像序列的持續時間。例如，雖然Photron的FastCam SA-Z相機能以20000fps的幀率捕獲像素尺寸20µm、分辨率1024×1024的圖像，但是將圖像窗口化為512×256像素，可用於獲得120000fps的幀率。
高度確定性
雖然這種高速相機在非常高速的應用中很有用，但是在許多過程監控和機器視覺應用中，可能250~2000fps的幀率就足夠了。在這種情況下，開發人員可選的相機很多，在分辨率範圍和相機到主機的接口方面，也有多種選擇。目前最流行的兩種接口是CoXPress（CXP）和GigE接口。
當然，CXP接口和GigE接口之間也存在著顯著差異。CXP接口是一個確定性、低延遲、低抖動的接口，其速度範圍從每通道6.25Gbps（CXP-6）到12.5Gbps（CXP-12.5），這種高速接口必須需要CXP圖像採集卡的支持。雖然這可能比使用GigE接口更昂貴，但是CxP可以支持來自高速相機的多個通道，使用8個CXP-12.5通道，可以將最大速度提高到100Gbps。
例如，Euresys最新的Coaxlink Quad CXP-12圖像採集卡，可支持的相機到主機之間的傳輸距離分別為：CXP-12速度下為30米（12.5Gbps）、CXP-6速度下為72米（6.25Gbps）、CXP-3速度下為100米（3Gbps）。利用四根電纜和四個CXP-12連接，最大數據傳輸速率可達50Gbps或5Gbyte/s。
Active Silicon也能提供這種圖像採集卡，並且在2018年的斯圖加特VISION展會上展出了兩款產品。其中一款是PCI×4接口的四通道板卡，另一款是支持四路CXP-12通道的PCIe×8接口的四通道板卡。Matrox Imaging也提供類似的CoaXPress接口的板卡，並在2018 VISION展會上展出了四通道Rapixo CXP圖像採集卡（見圖1）。
Active Silicon公司首席技術官Chris Beynon表示，目前CXP 2.0標準尚未得到批准，將於今年4月進行投票。然而，在正式標準被批准之前，已經有幾家公司針對CXP 2.0標準發佈了高速相機。例如，德國Optronis公司已經宣佈推出基於CMOS的Cyclone-2-2000相機；該相機採用了Alexima公司的LUX19HS成像器，分辨率為1920×1080像素，像素尺寸為10µm；相機可以使用四個CXP-12通道以2158fps的幀率運行。
聯網的相機
不同於CXP接口，GigE接口及其從GigE到100GigE（100Gbit/s）的演進接口，不需要圖像採集卡的支持。同樣，許多機器視覺相機供應商提供的相機，能夠以相對較高的幀率運行。
這些相機包括Allied Vision公司的Mako系列、IDS公司的uEye系列和FLIR Integrated Imaging Solutions公司的Flea系列。根據這些相機中使用的圖像傳感器的配置，幀率可以超過100fps，它們在高速機器視覺應用中非常有用。
雖然GigE相機可能不需要配置圖像採集卡，但這並不是說不需要網卡。雖然標準網絡接口卡（NIC）可用於支持一系列GigE相機，但是使用標準NIC可能並不是降低使用GigE標準所涉及的高CPU使用率和高延遲的解決方案。 因此，Mellanox等公司開發了一系列使用該公司的Socket Direct的NIC。它們使用遠程直接內存訪問（RDMA），這是一種DMA協議，用於在不涉及操作系統開銷的情況下，將數據從相機傳輸到主機內存。
Emergency Vision Technologies公司已經使用這些接口來支持其最新的25GigE相機，這些相機也在去年的VISION展會上亮相了。該公司的Bolt系列中有兩個產品使用了25GigE接口：HB-50000，採用7920×6004像素的全局快門CMOS圖像傳感器，以30fps的幀率運行；HB-12000，採用4096×3000像素的全局快門CMOS圖像傳感器，以188fps的幀率運行（見圖2）。
圖2：Emergency Vision Technologies公司使用Mellanox公司的計算機接口，支持其兩款25GigE Bolt系列相機，（a）HB-50000，採用7920×6004像素的全局快門CMOS圖像傳感器，以30fps的幀率運行；（b）HB-12000，採用4096×3000像素的全局快門CMOS圖像傳感器，以188fps的幀率運行。
實施系統
希望在應用中部署這種高速相機系統的系統集成商，可以選擇開發基於PC的圖像記錄器，這些圖像記錄器基於標準圖像採集卡、高速存儲器和固態驅動器，用於存儲圖像數據。例如，現成的基於PC的軟件，如Norpix公司的StreamPix或TroublePix軟件，或Xcitex公司的ProAnalyst軟件，可以與此類PC集成，以提供現成的解決方案。
另外，高速相機系統開發人員可以從軟件供應商和相機供應商那裡購買配置好的系統。例如，Norpix公司提供的一款小巧型記錄器，可用於以200fps的幀率從640×480×8位GigE Vision相機中捕獲圖像。其能夠記錄的時長為170分鐘，圖像被記錄到RAM或固態驅動器中，然後可以用該公司的StreamPix軟件進行分析。
同樣，Imperx公司開發了一套Ethernet/IP Process Video Recorder（EIPVR）事件記錄系統，該系統可與Imperx公司的B0620 640×480像素的GigE相機配合使用，採用以太網供電（PoE），能以250fps的幀率記錄60秒的視頻，若想記錄更長的時間，降低幀率即可。在操作中，記錄系統會自動保存圖像，並且使用Imperx公司的記錄和回放軟件，能以用戶可配置的回放速度查看記錄的事件（見圖3）。
圖3：Imperx公司的事件記錄系統可與該公司640×480像素的相機B0620配合使用，採用以太網供電，能以250fps的幀率記錄60秒的視頻；若幀率更低，則能記錄更長的時間。
由此可見，選擇使用獨立的高速相機，還是使用低成本的依賴於主機PC的相機，高度依賴於特定的應用場景。在許多非常高速的應用中，例如碰撞測試分析，基於PC的相機無法實時分析捕獲到的圖像數據。但是，對於較慢的圖像分析和過程監控應用，選用基於PC的低成本相機，很可能就足以高效勝任工作了。
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