機(jī)器視覺工業(yè)相機(jī)如何解決幀丟失問題

導(dǎo)語：工業(yè)攝像頭的丟幀現(xiàn)象之所以會(huì)發(fā)生，其實(shí)就是資料通道的堵塞，無法技術(shù)處理，所以新的圖像采集進(jìn)來時(shí)，前一張圖像可能會(huì)被迫丟棄，或者是新的圖像被迫丟棄。01丟幀表現(xiàn)01工業(yè)相機(jī)預(yù)覽模式下，無法以滿幀的速度傳輸圖像02觸發(fā)拍照模式下，相機(jī)傳輸圖像數(shù)量少于觸發(fā)次數(shù)(觸發(fā)頻率應(yīng)小于幀率)03圖像處理軟件處理的圖像數(shù)量小于預(yù)期02丟幀可能存在的原因工業(yè)相機(jī)丟幀問題是工業(yè)相機(jī)常出現(xiàn)的問題，其原因與相機(jī)的傳輸接口沒有太大的關(guān)系，主要在于工業(yè)相機(jī)硬件和設(shè)計(jì)不良的驅(qū)動(dòng)程序有關(guān)，這種情況對(duì)于機(jī)器視覺檢測(cè)來說，具有很不確定性的效果影響。相機(jī)丟幀3個(gè)主要原因解釋：1.工業(yè)相機(jī)自身硬件設(shè)計(jì)工業(yè)相機(jī)將圖像從光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)，其中圖像傳感器傳送圖像到相機(jī)上的usb芯片，USB再傳送給電腦端，如果某一時(shí)段電腦端系統(tǒng)繁忙，沒有及時(shí)接收到圖像，而后續(xù)的圖像又傳送過來，導(dǎo)致未接收到的那部分圖像丟失。2.工業(yè)視覺軟件應(yīng)用程序部分視覺軟件包括硬件驅(qū)動(dòng)程序和圖像處理，為圖像計(jì)算所分配的內(nèi)存空間，有無緩沖的機(jī)制，可以加大圖像的緩存來加大緩沖的時(shí)間，另外多線程的設(shè)計(jì)好壞也會(huì)影響到處理速度。讓程序運(yùn)算有足夠的空間來處理，在運(yùn)作情況下，CPU的整體處理速度比圖像進(jìn)來的速度慢，如果緩存不夠，接收的效率太低，工業(yè)相機(jī)又沒有足夠的緩存，就會(huì)構(gòu)成丟幀的現(xiàn)象。但這是系統(tǒng)掉資料，不是工業(yè)相機(jī)丟幀。在這種情況不管是用1394接口的工業(yè)相機(jī)，還是USB接口，又或者是GigE接口，任何接口的工業(yè)相機(jī)都會(huì)得到相同效果。3.硬件PC系統(tǒng)部分PC部分主要依賴于硬件驅(qū)動(dòng)程序，重要的是驅(qū)動(dòng)程序的功率以及系統(tǒng)有多少內(nèi)核方式下的線程在分割CPU的時(shí)間，接收的功率不佳，工業(yè)相機(jī)沒有比較好的緩沖記憶，往往會(huì)引起丟幀現(xiàn)象。硬件原因?qū)е碌膩G幀，可能是因?yàn)閿?shù)據(jù)帶寬不足引起的，比如擴(kuò)展網(wǎng)卡或者USB3.0卡都可能造成問題。相機(jī)網(wǎng)線達(dá)不到傳輸速率要求;PCIe插槽有問題，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)速率（比如有的PCIe插槽可能是從主PCIe插槽擴(kuò)展出來的，與主PCIe插槽共用一個(gè)PCIe插槽的帶寬）;又或者相機(jī)滿幀采像的數(shù)據(jù)傳輸速率超過單個(gè)網(wǎng)口/USB3.0口的傳輸速度;網(wǎng)卡/USB3.0卡所有通道滿負(fù)荷工作超過對(duì)應(yīng)PCIe插槽的數(shù)據(jù)傳輸速率。03

如何解決幀丟失問題為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)者需要精確地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)和工業(yè)相機(jī)硬件數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)部分，有三個(gè)地方阻止圖像數(shù)據(jù)：1.工業(yè)相機(jī)的一部分圖像傳感器將圖像傳輸?shù)较鄼C(jī)上的USB芯片，將USB傳輸?shù)絇C，如果PC系統(tǒng)忙于處理接收到的圖像，并且圖像傳感器繼續(xù)傳輸新的圖像數(shù)據(jù)，則工業(yè)相機(jī)必須有足夠的存儲(chǔ)器緩沖區(qū)，反之亦然。2.可視化軟件程序部分該可視化軟件具有用于等待所計(jì)算的圖像空間的緩沖機(jī)制，以便增加圖像的緩沖以獲得緩沖時(shí)間，從而可以處理程序的操作，但是如果操作穩(wěn)定，則CPU的整體處理速度更快。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，工業(yè)相機(jī)的幀率往往很大，且工業(yè)相機(jī)自帶緩存也有限，主要為調(diào)度系統(tǒng)起到暫時(shí)繁忙處理的輔助功能。機(jī)器視覺軟件的速度比工業(yè)相機(jī)圖像進(jìn)來的速度還慢，時(shí)間長了就會(huì)導(dǎo)致軟件緩存的飽和溢出丟失，所以不管是usb接口和gige接口等，都會(huì)出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，所以，優(yōu)化機(jī)器視覺軟件的處理速度也是非常重要的。3.硬件PC系統(tǒng)部分這部分偏向PC硬件驅(qū)動(dòng)程序，與可視化軟件程序無關(guān)。PC機(jī)接收的關(guān)鍵是驅(qū)動(dòng)程序的效率，在內(nèi)核模式下有多少線程處于CPU時(shí)間，接收效率不高，工業(yè)相機(jī)沒有足夠的緩沖存儲(chǔ)器會(huì)導(dǎo)致幀丟失。工業(yè)相機(jī)具有非常快的幀速率，事實(shí)上，只要有足夠的容量來調(diào)整系統(tǒng)的“臨時(shí)”忙碌，工業(yè)相機(jī)緩存就不會(huì)像PC程序那樣擴(kuò)大規(guī)模。USB工業(yè)相機(jī)將丟棄幀，只有一種情況，機(jī)器視覺軟件比工業(yè)相機(jī)圖像慢，軟件緩存已滿，無法存儲(chǔ)新圖像。但這是系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而不是工業(yè)相機(jī)掉數(shù)據(jù)。在這種情況下，不管使用1394