O mehanizmu izgube paketov in njihovih vzrokih pri industrijskih kamerah

Industrijske kamere igrajo ključno vlogo v sistemih strojnega vida. Vendar uporabniki pri zajemanju slik z visoko frekvenco pogosto naletijo na anomalije, kot so črne vrstice, raztrganost in nepravilna poravnava slik. Vzrok teh težav je ponavadi tesno povezan s izgubo podatkovnih paketov med prenosom slik.

ⅰ. Povezava med raztrganjem slik/črnimi trakovi in izgubo paketov

Pogosta pojava:

• Slike izgledajo razdeljene, raztrgane ali napačno poravnane;

• Na slikah se pojavljajo črne trakove ali vodoravno prekinjena območja;

• Slike prikazujejo zatikanje, poškodbe zaslona ali duhove.

Večina teh težav je povezana s temeljnim tehničnim problemom – izgubo paketov.

iI.  Kaj je izguba paketov? – Poenostavljena primerjava: Sistem kurirske dostave

To je a a naloga m odel , c primerjaj d proces zajema in prenosa slik podjetju kurirja, ki dostavlja pakete :

• Podatkovni paketi slik = Paketi kurirja

• Prekinitve/prenos po omrežju = Dostavna vozila

• CPU/predpomnilnik pomnilnika = Osebje za razvrščanje paketov

• Prikaz slike = Prejem paketa in odpiranje od strani kupca

 1. izguba paketov ob »trku vozil« med prenosom po omrežju

Pri tradicionalnih rešitvah z vratom GigE industrijske kamere neprestano razdelijo podatke slike na več majhnih paketov in jih pošljejo v omrežno kartico računalnika prek Etherneta. To je podobno podjetju, ki uporablja veliko majhnih vozil za prevoz paketov, pri čemer vsako vozilo preva le malo tovora in pogosto zapelje na avtocesto (prekinitve):

• Če je pogostost prevoza previsoka, so vozila nagnjena k trčenju (zastoj pri prekinilih);

• Trki povzročijo, da nekateri paketi padejo (izguba podatkov);

• Rezultat so črne vrstice, raztrganost in nepravilno poravnava pri slikah.

Ta situacija je še posebej pogosta med zajemanjem s hitrimi hitrostmi, slikanjem z visoko ločljivostjo ali sinhronskim zajemanjem z več kamerami.

 2. Preobremenitev procesorja: »Zavrzemo pakete med razpakiranjem«

Druga oblika izgube paketov se pojavi med ponovnim sestavljanjem podatkov. Ko podatki o sliki dosežejo gostitelja, je treba te »paketne pošiljke« ponovno sestaviti v popolno sliko:

• To je podobno kurirski službi, ki razvršča razpršene pakete za uporabnike;

• Če je osebje za razvrščanje (logika obdelave procesorja/pomnilnika) preveč zaposleno ali počasi reagira;

• Presežni paketi se zavržejo kot »smetni podatki«;

• Posledično ponovno sestavljena slika nima nekaterih »paketov«—ponovno pride do raztrganosti in črnih trakov.

iII. Pregled pogostih tehničnih vzrokov

ⅳ. Rešitve in predlogi

1. Optimizacija strojne opreme

• Uporabite gigabitne ali 10-gigabitne omrežne kartice in omogočite Jumbo Frame (npr. 9 KB);

• Uporabite visoko kakovostne, dobro ekranirane omrežne kable in ohranite dolžino v razumnem obsegu;

• Nadgradite CPU, pomnilnik ali uporabite robne računalniške prehodnike za zmanjšanje obremenitve pri procesiranju.

2. Konfiguracija programske opreme in optimizacija sistema

• Pravilno nastavite velikost medpomnilnika v SDK-ju za zajem slik;

• Med zajemanjem slik se izogibajte izvajanju večnitnih nalog z visoko obremenitvijo;

• Omogočite trdo vezavo prekinitev in optimizirajte nastavitve razmerja IRQ;

• Uporabite namenske industrijske realnočasovne operacijske sisteme ali Linux jedra z optimizacijo razporejanja.

3. Prilagoditve omrežne arhitekture

• Kamere neposredno povežite ali uporabite komutatorje, ki podpirajo QoS;

• Zmanjšajte število nepotrebnih omrežnih naprav;

• Pri namestitvi več kamer izvedite smiselno porazdelitev obremenitve.

V. Zaključek

Težave, kot so črne vrstice, raztrganost in nepravilno poravnavo pri posnetkih industrijskih kamer, so v osnovi posledica izgube paketov med pridobivanjem in prenosom slik. Ne da bi bila vzrok zamaikanje v omrežju ali zamaikanje pri obdelavi na gostitelju, analogija »sistema dostave kurirja« ponuja intuitivno razlago za razumevanje temeljnega vzroka.

Od »trčenj vozil« do »napačnega odstranjevanja paketov« te analogije živahno prikazujejo ranljivost sistemov za pridobivanje slik v pogojih visoke obremenitve. Z optimizacijo strojne opreme, programsko napako in prilagoditvami omrežja se lahko take anomalije znatno zmanjšajo, s čimer se izboljša stabilnost in zanesljivost pridobivanja slik.