Az adatvesztés mechanizmusáról és okairól ipari kamerákban

Az ipari kamerák kulcsfontosságú szerepet játszanak a gépi látórendszerekben. Azonban nagyfrekvenciás képfelvétel során a felhasználók gyakran találkoznak olyan hibákkal, mint fekete sávok, torzítás és eltolódás a képeken. Ezeknek a problémáknak az alapja általában szorosan összefügg a képadatok átvitele során fellépő csomagvesztéssel.

ⅰ. A képtorzulás / fekete sávok és a csomagvesztés kapcsolata

Gyakori jelenségek:

• A képek töredezettek, szakadozottak vagy eltolódtak;

• Fekete csíkok vagy vízszintesen megszakított területek jelennek meg a képeken;

• A képek megugrást, képkorruptálódást vagy árnyékképet mutatnak.

A problémák többsége egy központi technikai kérdéssel áll kapcsolatban – a csomagvesztéssel.

ⅱ.  Mi az a csomagvesztés? – Egy hétköznapi hasonlat: a futárkiszállítási rendszer

Ez egy egy hasonlat férfi odel , C összehasonlítás m a kép rögzítésének és továbbításának folyamata olyan, mintha egy futárszolgálat csomagokat szállítana :

• Képadatcsomagok = Futárcsomagok

• Megszakítások/hálózati adatküldés = Szállító járművek

• CPU/gyorsítótár memória = Csomagrendező dolgozók

• Képmegjelenítés = Vevői átvétel és kicsomagolás

 1. „Járműütközés” – Adatvesztés a hálózati átvitel során

A hagyományos GigE portos megoldásoknál az ipari kamerák folyamatosan több kisebb csomagra bontják a képadatokat, és Etherneten keresztül küldik el őket a számítógép hálózati kártyájára. Ez hasonló ahhoz, mintha egy cég sok kis járművet használna a csomagok szállítására, ahol minden jármű kevés terhet visz, és gyakran hajt be illetve ki az autópályára (megszakítások):

• Ha a szállítási gyakoriság túl magas, a járművek ütközésbe kerülhetnek (megszakítás-torlódás);

• Az ütközések miatt néhány csomag leesik (adatvesztés);

• Az eredmény fekete sávok, szakadások és torzítás a képeken.

Ez a helyzet különösen gyakori nagy sebességű rögzítés, nagy felbontású képalkotás vagy több kamera szinkronizált rögzítése során.

 2. CPU túlterheltség: „Csomagok eldobása kicsomagolás közben”

A csomagvesztés egy másik formája az adatok újraösszeállítása során fordul elő. Amikor az adatok megérkeznek a gazdagépre, ezeket a „futárcsomagokat” teljes képpé kell újraösszeállítani:

• Ez hasonló ahhoz, mintha egy futárszolgálat szétszórt csomagokat rendezne rendszerbe a felhasználók számára;

• Ha a rendező személyzet (a CPU/memória feldolgozási logikája) túl elfoglalt, vagy lassan reagál;

• A felesleges csomagokat „szemétadatként” eldobják;

• Ennek eredményeként az újraösszeállított képből hiányoznak bizonyos „csomagok” – ismét jelentkeznek a szakadások és fekete sávok.

ⅲ. Gyakori technikai okok áttekintése

ⅳ. Megoldások és javaslatok

1. Hardveroptimalizálás

• Használjon Gigabit vagy 10-Gigabit hálózati kártyákat, és engedélyezze a Jumbo Frame funkciót (pl. 9 KB);

• Használjon minőségi, jól árnyékolt hálózati kábeleket, és tartsa megfelelő hosszon belül a kábeleket;

• Frissítse a CPU-t, a memóriát, vagy használjon edge computing átjárókat a feldolgozási terhelés csökkentésére.

2. Szoftverkonfiguráció és rendszeroptimalizálás

• A képszerzési SDK pufferméretének megfelelő konfigurálása;

• Kép rögzítése közben kerülje a többszálú, nagy terhelésű feladatok futtatását;

• Engedélyezze a hardveres megszakítás lekötést, és optimalizálja az IRQ Affinity beállításokat;

• Használjon dedikált ipari valós idejű operációs rendszereket vagy ütemezés szempontjából optimalizált Linux kernelt.

3. Hálózati architektúra módosításai

• Közvetlenül kösse össze a kamerákat, vagy olyan kapcsolókat használjon, amelyek támogatják a QoS-t;

• Csökkentse a felesleges hálózati eszközcsomópontok számát;

• Több kamera telepítésekor ésszerű terheléselosztást alkalmazzon.

V. Következtetés

Az ipari kamerák képein jelentkező fekete sávok, szakadások és eltolódások alapvetően a képszerzés és -átvitel során fellépő csomagvesztésből erednek. Legyen szó hálózati dugulásról vagy gazdagép feldolgozási korlátairól, a „futárkiszállítási rendszer” analógia intuitív módon segíti a gyökérhiba megértését.

A „járműütközésektől” a „csomagok tévesen eldobásáig” terjedő analógiák élénken tükrözik a képrögzítő rendszerek sebezhetőségét nagy terhelés alatt. A hardveroptimalizálás, a szoftver ütemezése és a hálózati beállítások segítségével ezek az eltérések jelentősen csökkenthetők, így növelve a képrögzítés stabilitását és megbízhatóságát.