Щодо механізму та причин втрати пакетів у промислових камер

Промислові камери відіграють ключову роль у системах машинного зору. Однак під час знімання зображень із високою частотою користувачі часто стикаються з аномаліями, такими як чорні смуги, розриви та зміщення зображень. Суть цих проблем, як правило, тісно пов'язана з втратою пакетів даних під час передавання зображення.

ⅰ. Зв'язок між розривами зображення/чорними смугами та втратою пакетів

Поширені явища:

• Зображення виглядають фрагментованими, розірваними або зміщеними;

• На зображеннях з'являються чорні смуги або горизонтально несуцільні ділянки;

• Зображення мають ефект затримки, спотворення або «привидів».

Більшість цих проблем пов'язані з однією основною технічною причиною — втратою пакетів.

ⅱ.  Що таке втрата пакетів? — Пояснення для непрофесіоналів: система кур'єрської доставки

Це є поясненням м odel , C porivnyati д процес отримання зображень і передачі подібний до доставки посилок кур'єрською службою :

• Пакети даних зображення = Посилки кур'єра

• Переривання/мережева передача = Транспортні засоби доставки

• Процесор/кеш пам'яті = Персонал, який сортує посилки

• Відображення зображення = Отримання клієнтом і розпакування

 1. втрати пакетів при передачі через мережу типу «зіткнення транспортних засобів»

У традиційних рішеннях з портом GigE промислові камери безперервно розбивають дані зображення на кілька невеликих пакетів і надсилають їх на мережеву карту комп'ютера через Ethernet. Це схоже на те, коли компанія використовує багато невеликих транспортних засобів для перевезення посилок, причому кожен засіб перевозить незначну кількість вантажу і часто в'їжджає та виїжджає з автомагістралей (переривання):

• Якщо частота перевезень занадто висока, транспортні засоби схильні до зіткнень (затори переривань);

• Зіткнення призводять до втрати деяких посилок (втрата даних);

• Результатом є чорні смуги, розриви та зміщення в зображеннях.

Ця ситуація особливо поширена під час знімання на високій швидкості, отримання зображень з високою роздільною здатністю або синхронного захоплення даних кількома камерами.

 2. Перевантаження процесора: «Викидання пакетів під час розпакування»

Інша форма втрати пакетів виникає під час повторного збирання даних. Після того, як дані зображення потрапляють на хост-пристрій, ці «поштові пакети» потрібно зібрати в єдине зображення:

• Це схоже на те, як служба доставки сортує розкидані поштові відправлення для клієнтів;

• Якщо працівники сортувального відділення (логіка обробки ЦП/пам'яті) занадто зайняті або повільно реагують;

• Надлишкові пакети викидаються як «сміттєві дані»;

• У результаті зібране зображення втрачає окремі «пакети» — знову виникають розриви та чорні смуги.

ⅲ. Огляд поширених технічних причин

ⅳ. Рішення та рекомендації

1. Оптимізація апаратного забезпечення

• Використовуйте мережеві карти Gigabit або 10-Gigabit і увімкніть підтримку великих фреймів (наприклад, 9 КБ);

• Використовуйте високоякісні добре екрановані мережеві кабелі та тримайте їхню довжину в межах розумного діапазону;

• Оновіть процесор, пам'ять або використовуйте шлюзи граничних обчислень, щоб зменшити навантаження на обробку.

2. Налаштування програмного забезпечення та оптимізація системи

• Правильно налаштуйте розмір буфера SDK для отримання зображень;

• Уникайте виконання багатопотокових завдань із високим навантаженням під час захоплення зображень;

• Увімкніть жорстке прив'язування переривань і оптимізуйте налаштування IRQ Affinity;

• Використовуйте спеціалізовані промислові операційні системи реального часу або ядра Linux із оптимізованим плануванням.

3. Коригування мережевої архітектури

• Підключайте камери безпосередньо або використовуйте комутатори, що підтримують QoS;

• Зменшуйте кількість непотрібних вузлів мережевих пристроїв;

• Застосовуйте розумний розподіл навантаження під час розгортання кількох камер.

V. Висновок

Такі проблеми, як чорні смуги, розриви та зміщення зображень у промислових камер, по суті спричинені втратою пакетів під час отримання та передачі зображення. Незалежно від того, чи це мережеві затори, чи обмеження продуктивності хост-системи, аналогія з «системою доставки кур'єром» дає наочне уявлення про коріння проблеми.

Від «зіткнень автомобілів» до «посилок, що помилково відкидаються», ці аналогії наочно демонструють вразливість систем отримання зображень за умов високого навантаження. Шляхом оптимізації апаратного забезпечення, програмного планування та налаштування мережі можна значно зменшити такі відхилення, підвищуючи стабільність і надійність отримання зображень.