機器視覺工業(yè)相機如何解決幀丟失問題

工業(yè)業(yè)攝像頭的丟幀現(xiàn)象之所以會發(fā)生，其實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，前一張圖像可能會被迫丟棄，或者是新的圖像被迫丟棄。

　　01、丟幀表現(xiàn)

　　1、工業(yè)相機預(yù)覽模式下，無法以滿幀的速度傳輸圖像

　　2、觸發(fā)拍照模式下，相機傳輸圖像數(shù)量少于觸發(fā)次數(shù)(觸發(fā)頻率應(yīng)小于幀率)

　　3、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)相機丟幀問題是工業(yè)相機常出現(xiàn)的問題，其原因與相機的傳輸接口沒有太大的關(guān)系，主要在于工業(yè)相機硬件和設(shè)計不良的驅(qū)動程序有關(guān)，這種情況對于機器視覺檢測來說，具有很不確定性的效果影響。

　　相機丟幀3個主要原因解釋：

　　1. 工業(yè)相機自身硬件設(shè)計

　　工業(yè)相機將圖像從光學(xué)信號轉(zhuǎn)變成有序的電信號，其中圖像傳感器傳送圖像到相機上的usb芯片，USB再傳送給電腦端，如果某一時段電腦端系統(tǒng)繁忙，沒有及時接收到圖像，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)動程序和圖像處理，為圖像計算所分配的內(nèi)存空間，有無緩沖的機制，可以加大圖像的緩存來加大緩沖的時間，另外多線程的設(shè)計好壞也會影響到處理速度。

　　讓程序運算有足夠的空間來處理，在運作情況下，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)相機又沒有足夠的緩存，就會構(gòu)成丟幀的現(xiàn)象。

　　但這是系統(tǒng)掉資料，不是工業(yè)相機丟幀。在這種情況不管是用1394接口的工業(yè)相機，還是USB接口，又或者是GigE接口，任何接口的工業(yè)相機都會得到相同效果。

　　3. 硬件PC系統(tǒng)部分

　　PC部分主要依賴于硬件驅(qū)動程序，重要的是驅(qū)動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的時間，接收的功率不佳，工業(yè)相機沒有比較好的緩沖記憶，往往會引起丟幀現(xiàn)象。

　　硬件原因?qū)е碌膩G幀，可能是因為數(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PCIe插槽的帶寬;

　　又或者相機滿幀采像的數(shù)據(jù)傳輸速率超過單個網(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

　　為了解決這個問題，設(shè)計者需要精確地設(shè)計驅(qū)動和工業(yè)相機硬件數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€部分，有三個地方阻止圖像數(shù)據(jù)：

　　1. 工業(yè)相機的一部分

　　圖像傳感器將圖像傳輸?shù)较鄼C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)相機必須有足夠的存儲器緩沖區(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算的圖像空間的緩沖機制，以便增加圖像的緩沖以獲得緩沖時間，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。

　　在機器視覺系統(tǒng)中，工業(yè)相機的幀率往往很大，且工業(yè)相機自帶緩存也有限，主要為調(diào)度系統(tǒng)起到暫時繁忙處理的輔助功能。

　　機器視覺軟件的速度比工業(yè)相機圖像進(jìn)來的速度還慢，時間長了就會導(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，都會出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象，所以，優(yōu)化機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)動程序，與可視化軟件程序無關(guān)。

　　PC機接收的關(guān)鍵是驅(qū)動程序的效率，在內(nèi)核模式下有多少線程處于CPU時間，接收效率不高，工業(yè)相機沒有足夠的緩沖存儲器會導(dǎo)致幀丟失。

　　工業(yè)相機具有非常快的幀速率，事實上，只要有足夠的容量來調(diào)整系統(tǒng)的“臨時”忙碌，工業(yè)相機緩存就不會像PC程序那樣擴(kuò)大規(guī)模。USB工業(yè)相機將丟棄幀，只有一種情況，機器視覺軟件比工業(yè)相機圖像慢，軟件緩存已滿，無法存儲新圖像。

　　但這是系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而不是工業(yè)相機掉數(shù)據(jù)。在這種情況下，不管使用1394接口、USB接口或GigE接口的工業(yè)相機，任何接口的工業(yè)相機都將得到相同的結(jié)果。

　　因此，在購買工業(yè)相機時，必須詳細(xì)檢查其參數(shù)，并選擇項目的實際要求，以避免發(fā)生掉幀事件。