Sobre o Mecanismo e as Causas da Perda de Pacotes em Câmeras Industriais

As câmeras industriais desempenham um papel crucial em sistemas de visão computacional. No entanto, durante a captura de imagens de alta frequência, os usuários frequentemente enfrentam anomalias como barras pretas, rasgos e desalinhamentos nas imagens. A essência desses problemas está geralmente estreitamente relacionada à perda de pacotes de dados durante a transmissão da imagem.

ⅰ. Relação entre Rasgos/Barras Pretas nas Imagens e Perda de Pacotes

Fenômenos Comuns:

• As imagens aparecem fragmentadas, rasgadas ou desalinhadas;

• Listras pretas ou áreas horizontalmente descontínuas aparecem nas imagens;

• As imagens exibem travamentos, corrupção de tela ou fantasmas.

A maioria desses problemas está relacionada a uma questão técnica fundamental—perda de pacotes.

ⅱ.  O que é Perda de Pacotes?—Uma Analogia Leiga: O Sistema de Entrega de Encomendas

Isto é um a nalogia m modelo , c comparar p o processo de captura e transmissão de imagens com uma empresa de entregas que transporta pacotes :

• Pacotes de dados de imagem = Pacotes da transportadora

• Interrupções/transmissão de rede = Veículos de entrega

• CPU/cache de memória = Funcionários de classificação de pacotes

• Exibição da imagem = Recebimento e desembalagem pelo cliente

 1. perda de Pacotes por "Colisão de Veículos" na Transmissão em Rede

Nas soluções tradicionais com porta GigE, câmeras industriais dividem continuamente os dados de imagem em vários pequenos pacotes e os enviam para a placa de rede do computador por meio do Ethernet. Isso é semelhante a uma empresa que utiliza muitos veículos pequenos para transportar pacotes, sendo que cada veículo carrega pouca carga e entra e sai frequentemente das rodovias (interrupções):

• Se a frequência de transporte for muito alta, os veículos são propensos a colidir (congestionamento de interrupções);

• As colisões fazem com que alguns pacotes caiam (perda de dados);

• O resultado são barras pretas, rasgos e desalinhamento nas imagens.

Essa situação é particularmente comum durante capturas em alta velocidade, imagens de alta resolução ou aquisição síncrona em múltiplas câmeras.

 2. Sobrecarga da CPU: "Descartando Pacotes Durante a Descompactação"

Outra forma de perda de pacotes ocorre durante a remontagem dos dados. Após os dados da imagem chegarem ao host, esses "pacotes de correio" precisam ser remontados em uma imagem completa:

• Isso é semelhante a uma empresa de correios classificando pacotes espalhados para os usuários;

• Se os funcionários de classificação (lógica de processamento da CPU/memória) estiverem muito ocupados ou responderem lentamente;

• Pacotes excedentes são descartados como "dados descartáveis";

• Como resultado, a imagem remontada apresenta falta de alguns "pacotes" — ocorrem novamente rasgos e barras pretas.

ⅲ. Revisão das Causas Técnicas Comuns

ⅳ. Soluções e Sugestões

1. Otimização de Hardware

• Utilize placas de rede Gigabit ou 10-Gigabit e ative o Quadro Jumbo (por exemplo, 9KB);

• Utilize cabos de rede de alta qualidade e bem blindados, mantendo o comprimento dentro de uma faixa razoável;

• Atualize a CPU, memória ou utilize gateways de computação em borda para aliviar a pressão de processamento.

2. Configuração de Software e Otimização do Sistema

• Configure corretamente o tamanho do buffer do SDK de aquisição de imagens;

• Evite executar tarefas de alto carga multithread durante a captura de imagens;

• Habilite o vinculo de interrupção por hardware e otimize as configurações de Afinidade IRQ;

• Utilize sistemas operacionais industriais dedicados em tempo real ou kernels Linux com otimização de agendamento.

3. Ajustes na Arquitetura de Rede

• Conecte diretamente as câmeras ou use switches que suportem QoS;

• Reduza os nós desnecessários de dispositivos de rede;

• Implemente uma distribuição razoável da carga ao implantar múltiplas câmeras.

V. Conclusão

Problemas como barras pretas, rasgos e desalinhamentos em imagens de câmeras industriais são essencialmente causados por perda de pacotes durante a aquisição e transmissão de imagens. Independentemente de serem provocados por congestionamento de rede ou gargalos no processamento do host, a analogia com o "sistema de entrega de encomendas" oferece uma maneira intuitiva de compreender a causa raiz.

De "colisões entre veículos" a "pacotes sendo descartados por engano", essas analogias refletem vividamente as vulnerabilidades dos sistemas de aquisição de imagens em condições de alta carga. Por meio da otimização de hardware, agendamento de software e ajustes na rede, essas anomalias podem ser significativamente reduzidas, aumentando a estabilidade e confiabilidade da aquisição de imagens.