Sul meccanismo e le cause della perdita di pacchetti nelle telecamere industriali

Le telecamere industriali svolgono un ruolo cruciale nei sistemi di visione artificiale. Tuttavia, durante l'acquisizione di immagini ad alta frequenza, gli utenti spesso incontrano anomalie come barre nere, strappi e disallineamenti nelle immagini. L'essenza di questi problemi è tipicamente strettamente correlata alla perdita di pacchetti durante la trasmissione delle immagini.

ⅰ. Relazione tra strappi/barre nere nelle immagini e perdita di pacchetti

Fenomeni comuni:

• Le immagini appaiono frammentate, strappate o disallineate;

• Strisce nere o aree orizzontalmente discontinue appaiono sulle immagini;

• Le immagini presentano sfarfallio, corruzione dello schermo o immagini fantasma.

La maggior parte di questi problemi è legata a un problema tecnico fondamentale: la perdita di pacchetti.

ⅱ.  Cos'è la perdita di pacchetti?—Un'analogia per profani: Il sistema di consegna del corriere

Questa è una a analogia m odel , C confronta p il processo di acquisizione e trasmissione delle immagini con una società di corrieri che consegna pacchi :

• Pacchetti di dati immagine = Pacchi del corriere

• Interruzioni/trasmissione di rete = Veicoli di consegna

• CPU/cache della memoria = Personale addetto al smistamento pacchi

• Visualizzazione dell'immagine = Ricevuta e disimballaggio da parte del cliente

 1. perdita di pacchetti dovuta a "collisione veicolare" nella trasmissione di rete

Nelle soluzioni tradizionali con porta GigE, le telecamere industriali suddividono continuamente i dati dell'immagine in molti piccoli pacchetti e li inviano alla scheda di rete del computer tramite Ethernet. È come se un'azienda utilizzasse molti veicoli piccoli per trasportare pacchi, ognuno dei quali trasporta poco e entra ed esce frequentemente dalle autostrade (interruzioni):

• Se la frequenza di trasporto è troppo elevata, i veicoli sono soggetti a collisioni (congestione delle interruzioni);

• Le collisioni provocano la caduta di alcuni pacchi (perdita di dati);

• Il risultato è la presenza di barre nere, strappi e disallineamenti nelle immagini.

Questa situazione è particolarmente comune durante acquisizioni ad alta velocità, imaging ad alta risoluzione o acquisizioni sincrone con più telecamere.

 2. Sovraccarico della CPU: "Scarto dei pacchetti durante lo smistamento"

Un'altra forma di perdita di pacchetti si verifica durante il riassetto dei dati. Dopo che i dati dell'immagine raggiungono l'host, questi "pacchetti del corriere" devono essere riassemblati in un'immagine completa:

• Questo è simile a un'azienda di corrieri che ordina pacchetti sparsi per gli utenti;

• Se il personale addetto al sorting (logica di elaborazione CPU/memoria) è troppo occupato o risponde lentamente;

• I pacchetti in eccesso vengono scartati come "dati di scarto";

• Di conseguenza, nell'immagine riassemblata mancano alcuni "pacchetti": si verificano nuovamente strappi e barre nere.

iII. Rassegna delle cause tecniche più comuni

ⅳ. Soluzioni e suggerimenti

1. Ottimizzazione hardware

• Utilizzare schede di rete Gigabit o 10-Gigabit e abilitare i frame jumbo (ad esempio, 9 KB);

• Utilizzare cavi di rete di alta qualità, ben schermati, mantenendone la lunghezza entro un intervallo ragionevole;

• Aggiornare CPU, memoria o utilizzare gateway di edge computing per alleviare la pressione di elaborazione.

2. Configurazione del software e ottimizzazione del sistema

• Configurare correttamente la dimensione del buffer dell'SDK di acquisizione immagini;

• Evitare l'esecuzione di attività multithread ad alto carico durante l'acquisizione delle immagini;

• Abilitare il binding dell'interruzione hardware e ottimizzare le impostazioni di affinità IRQ;

• Utilizzare sistemi operativi industriali in tempo reale dedicati o kernel Linux con ottimizzazione della pianificazione.

3. Aggiustamenti dell'architettura di rete

• Collegare direttamente le telecamere oppure utilizzare switch che supportano il QoS;

• Ridurre i nodi di dispositivi di rete non necessari;

• Implementare una distribuzione del carico ragionevole quando si installano più telecamere.

V. Conclusione

Problemi come barre nere, strappi e allineamento errato nelle immagini delle telecamere industriali sono essenzialmente causati dalla perdita di pacchetti durante l'acquisizione e la trasmissione delle immagini. Che si tratti di congestione della rete o di colli di bottiglia nell'elaborazione da parte dell'host, l'analogia con il "sistema di consegna espresso" fornisce un modo intuitivo per comprenderne la causa radice.

Da "collisioni tra veicoli" a "pacchi scartati per errore", queste analogie riflettono vividamente le vulnerabilità dei sistemi di acquisizione delle immagini in condizioni di carico elevato. Attraverso l'ottimizzazione hardware, la gestione software e gli aggiustamenti della rete, tali anomalie possono essere notevolmente ridotte, migliorando la stabilità e l'affidabilità dell'acquisizione delle immagini.