О механизме и причинах потери пакетов в промышленных камерах

Промышленные камеры играют ключевую роль в системах машинного зрения. Однако при высокочастотном захвате изображений пользователи часто сталкиваются с аномалиями, такими как черные полосы, разрывы и несовпадение изображений. Суть этих проблем обычно тесно связана с потерей пакетов данных во время передачи изображения.

ⅰ. Взаимосвязь разрывов изображения/черных полос и потери пакетов

Распространенные явления:

• Изображения выглядят фрагментированными, разорванными или смещёнными;

• На изображениях появляются черные полосы или горизонтально разрывные участки;

• Изображения подергиваются, искажаются или имеют эффект двоения.

Большинство этих проблем связаны с одной основной технической причиной — потерей пакетов.

ⅱ.  Что такое потеря пакетов? — Объяснение на примере службы доставки

Это это логия м одель , С сравнить г процесс захвата изображения и передачи с компанией-курьером, доставляющей посылки :

• Пакеты данных изображения = Посылки курьера

• Прерывания/передача по сети = Транспортные средства доставки

• Процессор/кэш памяти = Сортировщики посылок

• Отображение изображения = Получение и распаковка клиентом

 1. потеря пакетов при «столкновении транспортных средств» в процессе передачи по сети

В традиционных решениях с портом GigE промышленные камеры непрерывно разделяют данные изображения на несколько небольших пакетов и отправляют их сетевой карте компьютера по Ethernet. Это аналогично тому, как компания использует множество небольших транспортных средств для перевозки посылок, причём каждое транспортное средство перевозит очень мало груза и часто въезжает и выезжает с автомагистралей (прерывания):

• Если частота перевозок слишком высока, транспортные средства склонны к столкновениям (заторы прерываний);

• Столкновения приводят к потере некоторых посылок (потеря данных);

• Результатом являются черные полосы, разрывы и несовмещение изображений.

Эта ситуация особенно часто возникает при съемке на высокой скорости, получении изображений с высоким разрешением или одновременном захвате данных несколькими камерами.

 2. Перегрузка ЦП: «Выброс пакетов во время распаковки»

Другая форма потери пакетов возникает в процессе сборки данных. После того как данные изображения достигают хоста, эти «посылки курьера» необходимо собрать в единое целое изображение:

• Это похоже на то, как курьерская компания сортирует разрозненные посылки для пользователей;

• Если сотрудники сортировочного центра (логика обработки ЦП/памяти) слишком заняты или медленно реагируют;

• Избыточные посылки отбрасываются как «мусорные данные»;

• В результате в собранном изображении отсутствуют некоторые «посылки» — снова появляются разрывы и черные полосы.

ⅲ. Обзор распространенных технических причин

ⅳ. Решения и рекомендации

1. Оптимизация аппаратного обеспечения

• Используйте сетевые карты Gigabit или 10-Gigabit и включите функцию Jumbo Frame (например, 9 КБ);

• Используйте высококачественные экранированные сетевые кабели и поддерживайте длину в разумных пределах;

• Обновите процессор, память или используйте шлюзы граничных вычислений для снижения нагрузки на обработку.

2. Настройка программного обеспечения и оптимизация системы

• Правильно настройте размер буфера SDK захвата изображений;

• Избегайте выполнения многопоточных задач с высокой нагрузкой во время захвата изображений;

• Включите привязку жестких прерываний и оптимизируйте настройки IRQ Affinity;

• Используйте специализированные промышленные операционные системы реального времени или ядра Linux с оптимизацией планирования.

3. Корректировка сетевой архитектуры

• Непосредственно подключайте камеры или используйте коммутаторы, поддерживающие QoS;

• Сократите количество ненужных узлов сетевых устройств;

• При развертывании нескольких камер реализуйте разумное распределение нагрузки.

V. Заключение

Такие проблемы, как черные полосы, разрывы и несовпадение изображения в промышленных камерах, по сути вызваны потерей пакетов при захвате и передаче изображений. Независимо от того, вызвана ли это сетевым перегрузом или узкими местами в обработке на стороне хоста, аналогия с «системой доставки курьерской службы» позволяет наглядно понять первопричину.

От «столкновений транспортных средств» до «случаев ошибочного выбрасывания посылок» — эти аналогии ярко отражают уязвимость систем получения изображений в условиях высокой нагрузки. Благодаря оптимизации аппаратного обеспечения, программного управления и настройке сетей такие аномалии можно значительно сократить, повысив стабильность и надёжность получения изображений.