O mechanizmie i przyczynach utraty pakietów w kamerach przemysłowych

Kamery przemysłowe odgrywają kluczową rolę w systemach wizji maszynowej. Jednak podczas przechwytywania obrazu o wysokiej częstotliwości użytkownicy często napotykają anomalie, takie jak czarne paski, rozerwany obraz czy nieprawidłowe wyrównanie obrazu. Istota tych problemów jest zazwyczaj ściśle związana z utratą pakietów danych podczas transmisji obrazu.

ⅰ. Związek między rozerwanym obrazem/czarnymi paskami a utratą pakietów

Powszechnie występujące zjawiska:

• Obrazy wydają się fragmentaryczne, rozerwane lub niewyjustowane;

• Na obrazach pojawiają się czarne paski lub poziome obszary przerwane;

• Obraz migocze, występuje uszkodzenie ekranu lub efekt duchowania.

Większość tych problemów wiąże się z podstawowym problemem technicznym — utratą pakietów.

ⅱ.  Co to jest utrata pakietów? — prosty przykład: system dostawy kurierskiej

To jest a a nalogy m odel , c porównaj g proces przechwytywania obrazu i przesyłania go do firmy kurierskiej dostarczającej paczki :

• Pakiety danych obrazu = Paczki kurierskie

• Przerwania/przesyłanie sieciowe = Pojazdy dostawcze

• CPU/pamięć podręczna = Pracownicy sortujący paczki

• Wyświetlanie obrazu = Odbiór i rozpakowanie przez klienta

 1. utrata pakietów w transmisji sieciowej z powodu „kolizji pojazdów”

W tradycyjnych rozwiązaniach z portem GigE, kamery przemysłowe ciągle dzielą dane obrazu na wiele małych pakietów i wysyłają je do karty sieciowej komputera poprzez Ethernet. Przypomina to firmę wykorzystującą wiele małych pojazdów do transportu paczek, z których każdy przewozi niewielką ilość towaru i często wjeżdża oraz wyjeżdża z autostrad (przerwania):

• Jeśli częstotliwość transportu jest zbyt duża, pojazdy są narażone na kolizje (zatory przerwań);

• Kolizje powodują wypadnięcie niektórych paczek (utratę danych);

• Wynikiem są czarne paski, rozdarcia i nieprawidłowe wyrównanie obrazów.

Sytuacja ta jest szczególnie częsta podczas przechwytywania w wysokiej prędkości, tworzenia obrazów w wysokiej rozdzielczości lub jednoczesnego pozyskiwania danych z wielu kamer.

 2. Przeciążenie procesora: „Odrzucanie pakietów podczas rozpakowywania”

Inna forma utraty pakietów występuje podczas ponownego składania danych. Po dotarciu danych obrazu do hosta te „paczki kurierskie” muszą zostać ponownie zebrane w kompletny obraz:

• To podobnie jak sortowanie przez firmę kurierską rozproszonych paczek dla użytkowników;

• Jeśli personel sortujący (logika przetwarzania procesora/pamięci) jest zbyt zajęty lub reaguje powoli;

• Nadmiarowe paczki są odrzucane jako „dane śmieciowe”;

• W rezultacie ułożony ponownie obraz nie zawiera niektórych „paczek” — pojawiają się ponownie rozdarcia i czarne paski.

iII. Wprowadzenie do obrotu Przegląd typowych przyczyn technicznych

ⅳ. Rozwiązania i sugestie

1. Optymalizacja sprzętu

• Użyj kart sieciowych Gigabit lub 10-Gigabit i włącz obsługę ramek rozszerzonych (np. 9KB);

• Użyj wysokiej jakości, dobrze ekranowanych kabli sieciowych i utrzymuj długość w rozsądnych granicach;

• Zaktualizuj procesor, pamięć lub użyj bramek obliczeń brzegowych, aby zmniejszyć obciążenie przetwarzania.

2. Konfiguracja oprogramowania i optymalizacja systemu

• Poprawnie skonfiguruj rozmiar bufora zestawu SDK pozyskiwania obrazu;

• Unikaj uruchamiania wielowątkowych zadań o wysokim obciążeniu podczas przechwytywania obrazów;

• Włącz twardą wiązanie przerwań i zoptymalizuj ustawienia IRQ Affinity;

• Używaj dedykowanych przemysłowych systemów operacyjnych czasu rzeczywistego lub jąder Linuksa z optymalizacją szeregowania.

3. Dostosowania architektury sieciowej

• Podłączaj kamery bezpośrednio lub używaj przełączników obsługujących QoS;

• Zmniejsz liczbę niepotrzebnych węzłów urządzeń sieciowych;

• Wdrażaj racjonalny rozkład obciążenia podczas instalacji wielu kamer.

V. Podsumowanie

Problemy takie jak czarne paski, rozerwania i nieprawidłowe wyrównanie na obrazach kamer przemysłowych są zasadniczo spowodowane utratą pakietów podczas pozyskiwania i przesyłania obrazu. Niezależnie od tego, czy jest to spowodowane przeciążeniem sieci, czy wąskimi gardłami przetwarzania na hoście, analogia „systemu dostawy kurierskiej” pozwala intuicyjnie zrozumieć pierwotną przyczynę.

Od „kolizji pojazdów” po „pomyłkowe wyrzucenie paczek”, te analogie wyraziste przedstawiają podatność systemów pozyskiwania obrazu w warunkach dużego obciążenia. Dzięki optymalizacji sprzętu, zarządzaniu oprogramowaniem oraz dostrojeniu sieci, takie anomalie można znacząco zmniejszyć, poprawiając stabilność i niezawodność pozyskiwania obrazu.