産業用カメラにおけるパケットロスのメカニズムと原因について

産業用カメラはマシンビジョンシステムにおいて極めて重要な役割を果たしています。しかし、高周波での画像取得中に、黒い縞（バー）、画像の引き裂き（ティアリング）、位置ずれなどの異常が発生することがよくあります。こうした問題の本質は、一般的に画像伝送中のデータパケット損失と密接に関連しています。

ⅰ. 画像のティアリング／黒帯とパケット損失の関係

よく見られる現象：

• 画像が断片化されたり、引き裂かれたように見えたり、位置がずれる。

• 画像に黒いストライプや水平方向に不連続な領域が現れる。

• 画像がカクついたり、画面が乱れたり、残像が生じる。

これらの問題のほとんどは、根本的な技術的課題である「パケット損失」と関係しています。

について  パケット損失とは何か？—一般向けのたとえ：宅配便システム

これは a a nalogy m モデル , C 比較する d 画像の取得と送信のプロセスを、荷物を配達する宅配便会社にたとえる :

• 画像データパケット = 宅配便の荷物

• 割り込み／ネットワーク伝送 = 配達車両

• CPU／メモリキャッシュ = 荷物仕分けスタッフ

• 画像表示 = 顧客による受領および開梱

 1. ネットワーク伝送における「車両衝突」パケットロス

従来のGigEポートソリューションでは、産業用カメラが画像データを複数の小さなパケットに分割し、イーサネット経由でコンピュータのネットワークカードに送信します。これは、多数の小型車両を使用して荷物を運搬する企業に似ており、各車両は少量の荷物を運び、頻繁に高速道路の出入り（割り込み）を繰り返します。

• 輸送頻度が高すぎると、車両同士が衝突しやすくなります（割り込みの混雑）。

• 衝突により、一部の荷物が落下します（データ損失）

• その結果、画像に黒帯や断裂、位置ずれが生じます。

この状況は、高速撮影時、高解像度撮影時、または複数カメラによる同期撮影時に特に多く見られます。

 2. CPUの過負荷：「パッケージを解凍中に破棄」

データの再構成中に発生する別の形のパケットロスがあります。画像データがホストに到達した後、これらの「宅配便のパッケージ」は完全な画像として再構成される必要があります。

• これは、宅配会社が散らばった小包をユーザーのために仕分けるのに似ています。

• もし仕分け作業員（CPU／メモリ処理ロジック）が忙しすぎたり、反応が遅かったりすると、

• 余分なパッケージは「ゴミデータ」として破棄されます。

• その結果、再構成された画像は一部の「パッケージ」を欠いた状態になり、再び断裂や黒帯が発生します。

ⅲ. 一般的な技術的要因の確認

ⅳ. 解決策と提案

1. ハードウェア最適化

• ギガビットまたは10ギガビットネットワークカードを使用し、Jumbo Frame（例：9KB）を有効にする；

• 高品質で十分なシールド処理されたネットワークケーブルを使用し、長さを合理的な範囲内に保つ；

• CPUやメモリをアップグレードするか、エッジコンピューティングゲートウェイを使用して処理負荷を軽減する。

2. ソフトウェア構成とシステム最適化

• 画像取得SDKのバッファサイズを適切に設定する。

• 画像取得中にマルチスレッドの高負荷タスクを実行しない。

• ハード割り込みのバインディングを有効にし、IRQアフィニティ設定を最適化する。

• 専用の産業用リアルタイムOS、またはスケジューリングが最適化されたLinuxカーネルを使用する。

3. ネットワークアーキテクチャの調整

• カメラを直接接続するか、QoS対応スイッチを使用する。

• 不要なネットワークデバイスノードを削減する。

• 複数のカメラを導入する際は、適切な負荷分散を実装する。

V. 結論

工業用カメラの画像における黒帯、引き裂き（ティアリング）、位置ずれなどの問題は、本質的に画像の取得および伝送中のパケットロスによって引き起こされる。ネットワークの混雑によるものであれ、ホスト側の処理ボトルネックによるものであれ、「宅配便システム」のアナロジーにより、根本原因を直感的に理解できる。

「車両の衝突」から「荷物が誤って廃棄される」ことまで、これらのアナロジーは高負荷条件下での画像取得システムの脆弱性を生き生きと反映しています。ハードウェアの最適化、ソフトウェアのスケジューリング、ネットワークの調整を通じて、このような異常を大幅に削減し、画像取得の安定性と信頼性を向上させることができます。